FR3030956A1 - Dispositif de transport et de controle d'impulsions lumineuses pour l'imagerie endo-microscopique sans lentille - Google Patents

Abstract

Selon un aspect, l'invention concerne un dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses pour l'imagerie endo-microscopique sans lentille et comprend : - un paquet de N fibres optiques monomodes (Fi) agencées selon un motif donné, chaque fibre optique monomode étant caractérisée par une valeur de retard de groupe relative (Axi) définie par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence (F0) du paquet de fibres (40), - un dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe (50) comprenant un nombre donné M de lames à retard (Pj) caractérisées par un retard (δtj) donné ; un premier modulateur spatial de lumière (51) adapté pour former à partir d'un faisceau lumineux incident un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires (Bi) destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques, chaque faisceau élémentaire étant destiné à passer dans une lame à retard donnée telle que la somme du retard introduit par ladite lame à retard et du retard de groupe relatif de la fibre optique destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire soit minimale en valeur absolue; un deuxième modulateur spatial de lumière (52) adapté pour introduire sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires une déviation telle que chaque faisceau lumineux élémentaire pénètre dans la fibre optique correspondante perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique.

Description

ETAT DE L'ART Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses pour l'imagerie endo-microscopique dite « sans lentille » ainsi que des systèmes et procédés d'imagerie endo-microscopiques sans lentille, et notamment d'imagerie non linéaire. Elle s'applique notamment à l'exploration endoscopique des organes chez un être vivant, humain ou animal. Etat de l'art Les développements en imagerie endo-microscopique nécessitent l'utilisation de dispositifs opto-mécaniques fibrés présentant des spécificités par rapport aux systèmes imageurs en espace libre. D'une part, la construction d'un microscope miniature qui comprendrait une source lumineuse, une optique de focalisation et une caméra à l'extrémité distale (c'est-à-dire situé en bout de fibre, du côté de l'échantillon) d'un endoscope médical n'est pas envisageable du fait de l'encombrement de l'ensemble des composants. On cherche de ce fait des solutions permettant de réaliser une imagerie en bout de fibre optique tout en limitant l'encombrement à l'extrémité distale de l'endoscope. D'autre part, l'intérêt croissant pour l'imagerie non linéaire en endo-microscopie nécessite de travailler avec des impulsions lumineuses présentant de fortes intensités lumineuses, ce qui n'est pas toujours compatible avec les systèmes fibrés. Parmi les techniques d'imagerie non linéaire, on peut citer par exemple l'imagerie à fluorescence bi-photon (ou TPEF selon l'expression anglo-saxonne « two-photon excited fluorescence »). Cette technique d'imagerie est particulièrement intéressante en endo-microscopie car l'interaction entre lumière et matière est confinée au point focal, il n'y a donc pas de signal de fond généré hors du point focal et de ce fait, une résolution spatiale tridimensionnelle est possible permettant un sectionnement optique (ou « optical sectioning »). L'imagerie TPEF permet par ailleurs d'utiliser un laser d'excitation à longueur d'onde proche-infrarouge, qui pénètre plus profond dans un milieu diffusant tel qu'un tissu biologique. D'autres processus non linéaires peuvent s'avérer intéressant en endo- microscopie pour accéder à des informations complémentaires ; c'est le cas de la fluorescence à 3 photons ou 3PEF pour « Three-Photon Excited Fluorescence », la génération de seconde harmonique ou SHG pour « Second-Harmonic Generation », la génération de troisième harmonique ou THG pour « Third-Harmonic Generation », la diffusion Raman cohérente antiStokes ou CARS pour « Coherent Anti-Stokes Raman Scattering », la diffusion Raman stimulée ou SRS pour « Stimulated Raman Scattering ». Il existe plusieurs approches permettant de réaliser une imagerie en bout de fibre optique tout en limitant l'encombrement à l'extrémité distale de l'endoscope, ces techniques étant plus ou moins bien adaptées à l'imagerie non linéaire. Une première approche (décrite par exemple Rivera et al., « Compact and flexible raster scanning multiphoton endoscope capable of imaging unstained tissue », Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 108, 17598 (2011)) consiste à faire vibrer la partie distale d'une fibre optique monomode, par exemple à l'aide de cales piézoélectriques, le bout de la fibre optique étant imagé dans l'échantillon à l'aide d'une micro-optique. La fibre optique permet de délivrer la lumière dans l'échantillon et de collecter le signal provenant de l'échantillon, ce signal étant issu par exemple de la réflexion, de la fluorescence ou d'une interaction non linéaire dans l'échantillon. Cependant, la présence d'un scanner piézoélectrique en bout de fibre limite le diamètre en dessous duquel la partie distale de l'endoscope peut être miniaturisée (typiquement de l'ordre de 3mm) ; par ailleurs, le contrôle du plan d'imagerie suivant l'axe optique est complexe à mettre en oeuvre. Enfin cette approche est limitée pour l'imagerie non linéaire qui nécessite l'utilisation d'impulsions ultra courtes (typiquement inférieures à la picoseconde). En effet, les fibres optiques standards présentent une dispersion forte qu'il est difficile de pré-compenser et elles sont sujettes à des effets non linéaires qui affectent les profils spectraux et temporels de l'impulsion lumineuse délivré en bout de fibre. Il est connu également d'utiliser un paquet de fibres optiques, ou « bundle » (pouvant comporter jusqu'à 30000 fibres) et d'éclairer les fibres une par une grâce à un scanner situé en partie proximale (voir par exemple Knittel et al., «Endoscope-compatible confocal microscope using a gradient index-lens system », Opt. Commun. 188, 267 (2001)). Les fibres optiques sont imagées dans l'échantillon par une micro-optique située en partie distale et un balayage séquentiel des fibres optiques du paquet de fibres permet d'obtenir une image de la même façon que dans un microscope confocal. Cependant, comme dans l'approche précédemment décrite, toute la lumière circule dans le coeur d'une seule fibre optique et la puissance crête maximale est limitée du fait des effets non linéaires intrinsèques présents dans les fibres optiques du paquet de fibres. Il est de ce fait difficile de faire de l'imagerie non linéaire qui nécessite des impulsions ultra-courtes, et donc des puissances crêtes élevées.

Une troisième approche, qualifiée d' « endoscopie sans lentille », et décrite par exemple dans Cizmar et al. «Exploiting multimode waveguides for pure fibre-based imaging », Nat. Commun. 3, 1027 (2012), est basée sur l'utilisation d'une fibre optique multimodes, ou MMF selon l'abréviation de l'expression anglo-saxonne « Multi-Mode Fiber ». La fibre optique MMF est éclairée avec une source cohérente. Du côté proximal (c'est-à-dire en entrée de fibre optique, du côté opposé à l'échantillon) de la fibre optique MMF, un modulateur spatial de front d'onde (SLM pour « Spatial Light Modulator ») permet de jouer sur les modes de propagation de la fibre de telle sorte que l'addition cohérente de ces modes permet de générer toutes figures d'intensité en bout de fibre MMF. Dans un mode de réalisation, on cherche à produire un point focal en bout de fibre MMF et à balayer l'échantillon pour obtenir une image comme on le ferait dans un montage classique de microscopie confocale. Cette technique, extrêmement puissante du fait du caractère déterministe de la matrice de transmission de la fibre qui relie un champ entrant en partie proximale de la fibre avec un champ sortant en partie distale (et vice versa), permet de s'affranchir de toute optique du côté distal de la fibre multimodes et de ce fait de réduire l'encombrement. Cependant, la matrice de transmission de la fibre est complexe et fortement dépendante de la courbure de la fibre optique MMI. L'imagerie endo-microscopique au moyen d'une fibre optique MMI est donc extrêmement sensible à tout mouvement de la fibre. Par ailleurs, du fait du caractère multimode, une impulsion courte en partie proximale est fortement allongée en partie distale, ce qui limite les possibilités d'application à l'imagerie non linéaire.

En parallèle des technologies basées sur l'utilisation de fibres multimodes, une technologie également de type « sans lentille » s'est développée basée sur l'utilisation d'un paquet de fibres optiques monomodes (voir par exemple French et al. brevet US 8,585,587). Selon la technique décrite, un modulateur spatial de front d'onde (SLM) agencé du côté proximal du paquet de fibres optiques monomodes permet de contrôler à l'extrémité distale du paquet de fibres le front d'onde émis par une source lumineuse. Du fait qu'il n'y a qu'un mode et donc aucune dispersion de mode dans les fibres optiques monomodes et qu'il est possible de compenser les effets de dispersion chromatique de manière globale, l'utilisation d'un paquet de fibres optiques monomodes permet, par rapport aux fibres multimodes, la propagation d'impulsions courtes. Par ailleurs, la possibilité de distribuer l'énergie lumineuse sur toutes les fibres permet la propagation d'impulsions de forte intensité, ouvrant la voie à l'imagerie endo- microscopique non linéaire. Diverses publications ont décrit des variantes d'endo-microscopie sans lentille basées sur l'utilisation d'un paquet de fibres optiques monomodes et plus précisément d'une fibre multicoeurs ou « MCF » selon l'expression anglo-saxonne « Multi-Core Fiber ». Ainsi par exemple, il est montré comment on peut accéder, en partie distale du paquet de fibres optiques, à un balayage très rapide du point de focalisation, en imprimant au moyen d'un dispositif galvanométrique un angle variable du front d'onde en entrée du SLM (voir par exemple E.R. Andresen et al. «Toward endoscopes with no distal optics: video-rate scanning microscopy through a fiber bundle », Opt. Lett. Vol. 38, N°5 (2013)). Dans E.R. Andresen et al. (« Two- photon lensless endoscope», Opt. Express 21, 20713 (2013)) les auteurs ont démontré la faisabilité expérimentale d'un système d'imagerie non linéaire bi-photonique (TPEF) en endomicroscopie sans lentille. La figure 1 A illustre de façon schématique un système d'imagerie endo-microscopique sans lentille 100 tel que décrit dans l'art antérieur et appliqué notamment à l'imagerie non linéaire. Le système d'imagerie 100 comprend généralement une source d'émission 10 pour l'émission d'un faisceau incident formé d'impulsions Io dans le cas de l'application à l'imagerie non linéaire. Le système 100 comprend par ailleurs une voie de détection comprenant un objectif 21 et un détecteur 20. La voie de détection est séparée de la voie d'émission par une lame séparatrice 22. Le système d'imagerie 100 comprend également un dispositif de transport et de contrôle des impulsions Io permettant d'éclairer un objet d'analyse 101 déporté. Le dispositif de transport et de contrôle comprend un paquet de fibres optiques monomodes 40 dont les faces d'entrée 41 et de sortie 42 sont représentées de façon agrandie sur la figure 1A, et un modulateur spatial de front d'onde (« SLM ») 30 agencé à l'extrémité proximale du paquet de fibres 40 et permettant de contrôler le front d'onde du faisceau émis par la source 10. Le modulateur spatial de lumière permet d'imprimer sur le front d'onde entrant présentant une fonction de phase (Do des déphasages définis (1)1(i) pour chaque faisceau élémentaire Bi destiné à entrer dans une fibre optique Fi du paquet de fibres 40. La fonction de phase (1)1(i) pourra être telle que, par exemple, après propagation dans le paquet de fibres optiques, l'onde sorte avec une phase parabolique (I)2(i). Cette phase parabolique permet au faisceau de se focaliser du côté distal sur l'objet d'analyse 101 alors qu'il n'y a aucune lentille physique présente ; c'est l'origine de la terminologie « endoscope sans lentille ». Par ailleurs, il est possible grâce au modulateur spatial de lumière de compenser des déphasages introduits par chacune des fibres optiques F. Cependant, les demandeurs ont démontré que dans un mode d'imagerie non linéaire, c'est-à-dire quand des impulsions ultra-courtes sont envoyées dans le paquet de fibres optiques monomodes, typiquement des impulsions de durée inférieure à la picoseconde, les retards de groupe des impulsions voyageant dans les différentes fibres optiques peuvent générer une perte de l'intensité lumineuse sur l'échantillon. On peut exprimer le champ électromagnétique E(i)(t) décrivant un faisceau élémentaire B, formé d'impulsions à l'extrémité distale du paquet de fibres sous la forme : E(1)(t) = s(t - Ax(1))elel) Où s(t) = E°(t) est le champ électromagnétique décrivant le faisceau élémentaire Bo se propageant dans la fibre Fo pris comme référence, 11)(i) représente le terme de phase et 3,x(i) est le retard de groupe relatif défini par rapport au temps de parcours du faisceau élémentaire Bo dans la fibre de référence Fo. Comme cela est illustré sur la figure 1B où seul le dispositif de transport et de contrôle du faisceau incident est représenté, les vitesses de groupe Xi(i) des impulsions formant les faisceaux élémentaires B, en sortie du SLM 30 et incidents dans les fibres optiques F, du paquet de fibres 40 sont constantes. Autrement dit, les retards de groupe relatifs sont nuls ou quasi-nuls. Par contre, on observe en sortie distale du paquet de fibre, des vitesses de groupe variables dans les différents faisceaux élémentaires décrites par la fonction X2(i) et se traduisant par des retards de groupe relatifs 3,x(i) non nuls. Ces retards de groupe sont introduits par chacune des fibres optiques monomodes F, et résultent des inhomogénéités intrinsèques apparaissant inévitablement lors de la fabrication de la fibre ainsi que des inhomogénéités induites par contraintes lors d'une déformation et/ou lors d'un mouvement de la fibre. Il en résulte en sortie distale du paquet de fibres 40 un élargissement temporel de l'impulsion focalisée sur l'objet d'analyse 101, cet élargissement s'accompagnant d'une diminution de l'intensité lumineuse crête et par conséquent, d'une diminution du signal issu du processus non linéaire. La présente invention propose des dispositifs et méthodes de transport et de contrôle des impulsions lumineuses dans un système d'imagerie endo-microscopique dit « sans lentille » qui permettent le contrôle des retards de vitesse de groupe des impulsions dans les fibres optiques monomodes du paquet de fibre. Les dispositifs et méthodes décrits dans la présente description permettent de contrôler en extrémité distale du paquet de fibre la durée des impulsions et d'accéder ainsi à des applications d'imagerie non linéaire qui nécessitent la transmission d'impulsions ultra-courtes, typiquement inférieures à la picoseconde. RE SUME DE L'INVENTION Selon un premier aspect, un ou plusieurs exemples de réalisation concernent un dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses à au moins une longueur d'onde pour l'imagerie endo-microscopique sans lentille. Le dispositif comprend un paquet de N fibres optiques monomodes agencées selon un motif donné, destiné à recevoir un faisceau lumineux formé d'impulsions à une extrémité proximale et à émettre un faisceau lumineux à une extrémité distale, chaque fibre optique monomode étant caractérisée par une valeur de retard de groupe relative définie par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence du paquet de fibres. Le dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses comprend par ailleurs un dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe ou plus précisément un dispositif optique de contrôle des retards de groupe, agencé du côté de l'extrémité proximale du paquet de fibres optiques et comprenant : - Un nombre donné M de lames à retard, chaque lame permettant l'introduction d'un retard donné ; - Un premier modulateur spatial de lumière adapté pour former à partir d'un ou plusieurs faisceaux lumineux incidents un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques, chaque faisceau élémentaire étant destiné à passer dans une lame à retard donnée telle que la somme du retard introduit par ladite lame à retard et du retard de groupe relatif de la fibre optique destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire soit minimale en valeur absolue; - Un deuxième modulateur spatial de lumière adapté pour introduire sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires une déviation telle que chaque faisceau lumineux élémentaire pénètre dans la fibre optique correspondante perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique. Le paquet de N fibres optiques monomodes peut être formé d'un ensemble de fibres optiques monomodes, typiquement une centaine à quelques dizaines de milliers de fibres, rassemblées sous forme d'un faisceau de fibres, de façon périodique ou apériodique, ou peut être formée d'une fibre multi-coeurs présentant un ensemble de coeurs monomodes, de préférence au moins une centaine, agencés de façon périodique ou apériodique. Que ce soit un ensemble de fibres optiques monomodes assemblées en faisceau ou une fibre multi-coeur, on cherchera un paquet de fibres optiques monomodes présentant un couplage le plus faible possible, avantageusement inférieur à -20dB/m.

Les M lames à retard sont avantageusement réparties dans un plan. Le nombre M de lames à retard peut être compris entre 1 et quelques dizaines, avantageusement entre 2 et 20, mais en tout état de cause, il est très inférieur au nombre N de fibres optiques monomodes dans le paquet de fibres. Ainsi, le dispositif de transport et de contrôle selon la présente description permet de rendre minimal l'écart type de l'ensemble des valeurs formé par les retards de groupe des impulsions dans les fibres, quel que soit le paquet de fibres utilisé et même si le paquet de fibres est déplacé ou déformé ; ceci est rendu possible par simple programmation de chacun des modulateurs spatiaux de lumières afin de former des faisceaux élémentaires destinés à entrer dans chacune des fibres du paquet de fibres et contrôler leurs déplacements pour qu'ils passent dans la lame à retard appropriée. Le dispositif de transport et de contrôle selon la présente description peut également permettre, par programmation de l'un et/ou l'autre des modulateurs spatiaux de lumière, l'application d'un déphasage sur chacun des faisceaux élémentaires, permettant d'inscrire à l'extrémité distale du paquet de fibres une fonction de phase déterminée et/ou de corriger les variations de phase introduites par chacune des fibres du paquet de fibres. Le dispositif de transport et de contrôle selon la présente description peut également permettre le transport et le contrôle de faisceaux formés d'impulsions de différentes longueurs d'onde, par programmation du premier modulateur spatial de lumière afin d'assurer la répartition des faisceaux lumineux élémentaires formés d'impulsions aux différentes longueurs d'onde dans des sous-ensembles de fibres distincts du paquet de fibres. Les modulateurs spatiaux de lumière peuvent comprendre des miroirs déformables segmentés ou à membranes (fonctionnant en réflexion) ou des matrices de cristaux liquides fonctionnant en réflexion ou en transmission.

Ainsi, le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe peut comprendre des éléments fonctionnant en réflexion et/ou transmission, un montage en réflexion présentant cependant l'avantage d'avoir plus de choix sur la technologie des modulateurs spatiaux de lumière. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe comprend un premier objectif et un deuxième objectif formant un montage optique avec un plan focal intermédiaire ; les lames à retard sont agencées dans le plan focal intermédiaire du montage optique ; le premier modulateur spatial de lumière se trouve dans un plan focal objet du premier objectif; et le deuxième modulateur spatial de lumière se trouve dans un plan focal image du deuxième objectif Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe comprend un objectif ; les lames à retard sont agencées dans un plan situé en amont du premier modulateur spatial de lumière et sont adaptées pour former, à partir d'un faisceau incident formé d'impulsions, M faisceaux lumineux, chaque faisceau lumineux étant formé d'impulsions caractérisées par un retard de groupe donné ; le premier modulateur spatial de lumière est agencé dans le plan focal objet de l'objectif et est destiné à recevoir lesdits M faisceaux lumineux ; le deuxième modulateur spatial de lumière se trouve dans un plan focal image de l'objectif Par exemple, le premier modulateur spatial de lumière est formé de M zones, sur lesquelles sont formés des hologrammes générés par ordinateur, chaque hologramme étant destiné à recevoir un desdits faisceaux lumineux formé d'impulsions caractérisées par un retard de groupe donné. Selon un deuxième aspect, un ou plusieurs exemples de réalisation concernent un système d'imagerie endo-microscopique comprenant une source d'impulsions lumineuses, un dispositif de transport et de contrôle des impulsions émises par ladite source selon le premier aspect et une voie de détection de la lumière destinée à traverser le paquet de fibres optiques monomodes de son extrémité distale à son extrémité proximale. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la source d'impulsions lumineuses est une source laser émettant des impulsions de durée inférieure à une picoseconde, avantageusement entre 100 femtosecondes et 1 picoseconde. Selon un troisième aspect, un ou plusieurs exemples de réalisation concernent un procédé d'imagerie non linéaire endo-microscopique sans lentille au moyen d'un paquet de fibres optiques monomodes agencées selon un motif donné et caractérisées chacune par un retard de groupe relatif défini par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence du paquet de fibres, le procédé comprenant : - l'émission d'au moins un faisceau incident formé d'impulsions à une longueur d'onde donnée sur un premier modulateur spatial de lumière agencé dans le plan focal objet d'un premier objectif formant avec un deuxième objectif un montage optique avec un plan focal intermédiaire; - la formation au moyen du premier modulateur spatial de lumière à partir du faisceau lumineux incident, d'un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques, chaque faisceau élémentaire passant dans une lame à retard donnée agencée dans le plan focal intermédiaire du montage optique, telle que la somme du retard introduit par ladite lame à retard et du retard de groupe relatif de la fibre optique destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire soit minimale en valeur absolue; - l'introduction au moyen d'un deuxième modulateur spatial de lumière agencé dans le plan focal image du deuxième objectif d'une déviation sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires telle que chaque faisceau lumineux élémentaire pénètre dans la fibre optique correspondante perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique. Selon un quatrième aspect, un ou plusieurs exemples de réalisation concernent un procédé d'imagerie non linéaire endo-microscopique sans lentille au moyen d'un paquet de fibres optiques monomodes agencées selon un motif donné et caractérisées chacune par un retard de groupe relatif défini par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence du paquet de fibres, le procédé comprenant : - l'émission d'au moins un faisceau incident formé d'impulsions à une longueur d'onde donnée et la formation à partir dudit faisceau incident et au moyen de lames à retard d'un nombre M de faisceaux lumineux, chacun des M faisceau lumineux étant formé d'impulsions caractérisées par un retard de groupe donné, - la formation au moyen d'un premier modulateur spatial de lumière agencé dans le plan focal objet d'un premier objectif et à partir des M faisceaux lumineux d'un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques, telle que la somme du retard du faisceau lumineux à partir duquel est formé le faisceau lumineux élémentaire introduit et du retard de groupe relatif de la fibre optique destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire soit minimale en valeur absolue; - l'introduction au moyen d'un deuxième modulateur spatial de lumière agencé dans le plan focal image de l'objectif d'une déviation sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires telle que chaque faisceau lumineux élémentaire pénètre dans la fibre optique correspondante perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique. Avantageusement, les retards de groupe relatifs des fibres optiques monomode du paquet de fibre sont caractérisés à la longueur d'onde des impulsions formant le faisceau lumineux incident.

Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l'un et/ou l'autre des modulateurs spatiaux de lumière permet l'application d'un déphasage sur chacun des faisceaux élémentaires, permettant d'inscrire à l'extrémité distale du paquet de fibres une fonction de phase déterminée et/ou de corriger les variations de phase introduites par chacune des fibres du paquet de fibres. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, notamment pour les applications en imagerie non linéaire dans lesquelles on fait interagir des impulsions à différentes longueurs d'onde, le procédé comprend l'émission de faisceaux lumineux incidents formés d'impulsions à des longueurs d'onde distinctes. Dans ce ou ces exemples de réalisation, le premier modulateur spatial de lumière permet en outre la répartition des faisceaux lumineux élémentaires dans des sous-ensembles de fibres distincts et identifiés du paquet de fibres, chaque sous-ensemble de fibres étant destiné à recevoir les faisceau lumineux formés d'impulsions à une longueur d'onde donnée. Les procédés d'imagerie non linéaire endo-microscopique décrits dans la présente description s'appliquent à tout type d'imagerie non linéaire, et notamment la génération de fluorescence et d'auto-fluorescence à deux-photon, la génération de fluorescence et d'auto- fluorescence à n-photons, la génération de deuxième harmonique, la génération de troisième harmonique, la génération d'une nième-harmonique, la génération de somme et de différence de fréquences, la génération de signal Raman cohérent, la génération de signaux d'absorption transitoire, la modification d'indice transitoire.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes : Figures 1 A et 1B (déjà décrites), un schéma de principe d'un endoscope dit « sans lentille » basé sur l'utilisation d'un paquet de fibres monomodes et un schéma illustrant la problématique de retard de groupe dans les fibres dans le cas d'impulsions ultra-brèves ; Figures 2A et 2B, des schémas illustrant un exemple de système d'imagerie endomicroscopique sans lentille selon la présente description ; Figures 3A à 3D, des figures illustrant un exemple de fibre optique multi-coeurs et sa caractérisation, pour la mise en oeuvre d'une méthode d'imagerie endo-microscopique sans lentille, selon la présente description ; Figure 4, un schéma illustrant un exemple de lames à retard pour la mise en oeuvre d'une méthode d'imagerie endo-microscopique sans lentille, selon la présente description ; Figures 5A et 5B, des schémas illustrant respectivement la dispersion des retards de groupes dans la fibre multi-coeurs représentée sur la figure 3A, avant et après mise en oeuvre d'une méthode d'imagerie endo-microscopique selon la présente description ; Figure 6, des premiers résultats expérimentaux comparant l'allure spatial du point focal en sortie d'une fibre multi-coeurs représentée sur la figure 3A avec ou sans application d'une méthode d'imagerie endo-microscopique selon la présente description ; Figure 7, un schéma illustrant un exemple de système d'imagerie endo-microscopique « sans lentille » selon un autre exemple de la présente description ; Figures 8A et 8B, des schémas illustrant des exemples de système d'imagerie endo- microscopique « sans lentille » selon d'autres exemples de la présente description ; Figure 9, un ensemble de schémas illustrant une méthode de mesure distale des retards de groupe dans un paquet de fibres monomodes ; Figure 10, un ensemble de schémas illustrant une méthode de mesure proximale des retards de groupe dans un paquet de fibres monomodes. DESCRIPTION DETAILLEE Dans les figures, les éléments identiques sont indiqués par les mêmes références. Les figures 2A et 2B illustrent de façon schématique un système 200 d'imagerie endomicroscopique « sans lentille » selon la présente description ainsi que le principe de mise en 10 oeuvre. Le système 200 comprend généralement une voie d'émission, avec une source lumineuse 10 pour l'émission d'impulsions lumineuses ultra courtes Io, typiquement inférieures à la picoseconde, par exemple entre 100 femtosecondes et une picoseconde, et une voie de détection adaptée pour la détection de la lumière destinée à traverser le paquet de fibres optiques 15 monomodes 40 de son extrémité distale à son extrémité proximale. La lumière détectée est par exemple la lumière issue du processus non linéaire dans l'échantillon après excitation. La voie de détection comprend un objectif 21 et un détecteur 20 et est séparée de la voie d'émission par une lame séparatrice 22, par exemple une lame dichroïque dans le cas d'applications d'imagerie non linéaire dans lesquelles la longueur d'onde de détection (par exemple la fluorescence à 2 20 photons) est différente de la longueur d'onde d'émission. Le système 200 comprend également un dispositif de transport et de contrôle des impulsions lumineuses. Selon la présente description, le dispositif de transport et de contrôle des impulsions lumineuses comprend un dispositif optique 50 de contrôle de la vitesse de groupe, ou dispositif de contrôle des retards de groupe (« GDC » pour « Group Delay Control »), un paquet 25 de N fibres optiques monomodes Fi, référencé 40, et avantageusement, un système optique 60 de type télescope, permettant d'adapter les dimensions du faisceau issu du dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe 50 à la face d'entrée 41 du paquet de fibres 40. Sur l'exemple de la figure 2A, la voie de détection est représentée entre la source lumineuse 10 et le GDC 50. La voie de détection pourrait tout aussi bien se trouver entre le GDC 50 et le paquet de fibres 40, par 30 exemple entre le GDC 50 et le télescope 60. Les N fibres optiques monomodes F1 du paquet de fibres 40 sont agencées selon un motif donné. Dans l'exemple montré sur les figures 2A et 2B les fibres optiques monomodes F, sont agencées de façon périodique ; chaque fibre Fi forme par exemple le coeur d'une fibre multicoeurs ou « MCF ». Le paquet de fibres optiques 40 comprend une face d'entrée 41 située du côté proximal, c'est-à-dire du côté destiné à recevoir un flux lumineux incident et une face de sortie 42 située du côté distal, c'est-à-dire du côté destiné à l'émission d'un faisceau lumineux sortant pour l'illumination d'un objet d'analyse 101. Chaque fibre optique Fi du paquet de fibres est caractérisé par un retard de groupe relatif 4x, défini par la différence de temps que met un faisceau élémentaire Bi formé d'une impulsion lumineuse pour traverser la fibre Fi et le temps que met un faisceau élémentaire formé d'une même impulsion lumineuse pour traverser une fibre de référence Fo choisie arbitrairement dans le paquet de fibres. Les retards de groupe relatifs 4x, décrivent donc les retards relatifs des impulsions lumineuses se propageant dans les fibres optiques F. La caractérisation des retards de groupe relatifs peut se faire par des méthodes de caractérisation connues qui seront décrites plus en détails par la suite. Selon la présente description et comme illustré de façon générale sur la figure 2B, le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe GDC (50) est agencé du côté proximal du paquet de fibres optiques monomodes 40 et est destiné à réduire, du côté distal du paquet de fibres optiques, l'écart relatif entre les différents faisceaux élémentaires B. Ainsi, le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe 50 selon la présente description est adapté pour introduire au niveau de chaque faisceau élémentaire I3' destiné à entrer dans une fibre optique monomode Fi du paquet de fibres 40, un retard de groupe qui va compenser au moins partiellement le retard de groupe 4x, caractérisant la fibre F' de telle sorte à ce que les retards de groupe relatifs dans les différents faisceaux élémentaires en sortie du paquet de fibres 40 soient proches de zéro et au moins inférieurs à la moitié de la durée des impulsions destinées à se propager dans le paquet de fibres. Comme cela est montré sur la figure 2B, il résulte du contrôle des vitesses de groupe Xi(i) du coté proximal du paquet de fibres, une répartition des vitesses de groupe X2(i) sensiblement constante du côté distal. La figure 2A illustre un premier exemple pour la réalisation d'un dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe GDC selon la présente description. Le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe 50 comprend dans cet exemple un premier objectif 53 caractérisé par une distance focale fi et un deuxième objectif 54 caractérisé par une distance focale f2. Les objectifs 53 et 54 sont définis par tout système optique adapté, par exemple utilisant des lentilles et/ou des miroirs. Les premier et deuxième objectifs 53, 54 sont agencés pour former un montage optique avec un plan focal intermédiaire (il) confondu avec le plan focal image du premier objectif 53 et le plan focal objet du deuxième objectif 54. Le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe 50 comprend par ailleurs un nombre donné M de lames à retard P, avantageusement entre 2 et 20 lames, réparties spatialement dans un plan, ce plan étant dans l'exemple de la figure 2A, le plan focal intermédiaire (il). Chaque lame est conçue pour permettre l'introduction d'un retard ôt, donné. Le dispositif de contrôle de la vitesse GDC comprend également un premier modulateur spatial de lumière 51 adapté pour former à partir d'un faisceau incident formé d'impulsions Io émises par la source lumineuse 10, un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires B, destinés à entrer dans chacune des N fibres optiques F, du paquet de fibres 40. Dans l'exemple de la figure 2A, le premier modulateur spatial de lumière 51 se trouve dans un plan focal objet du premier objectif 53 et est conçu pour inscrire sur chaque faisceau élémentaire B, une déviation telle que chaque faisceau élémentaire B, passe dans la lame à retard P, appropriée. La lame à retard P, appropriée est celle qui inscrit un retard ôt, telle que la somme du retard ôt, introduit par la lame à retard P, et du retard de groupe relatif 4x, de la fibre optique F, destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire B, soit proche de zéro quelle que soit la fibre optique F, ou du moins inférieure à la moitié de la durée d'impulsion. Dans la pratique, le nombre M de lames à retard est très inférieur au nombre N de fibres optiques monomodes dans le paquet de fibres 40 (par exemple une fibre multi-coeurs) et un grand nombre de faisceaux élémentaires B1 se voient imprimer le même retard. On cherche alors à minimiser la variance de l'histogramme de l'ensemble des valeurs (ôt, + 4x,) où ôt, est le retard appliqué au faisceau élémentaire B, destiné à traverser la fibre F, caractérisée par un retard de groupe 4x' comme cela sera illustré à travers un exemple par la suite. Le dispositif de contrôle de la vitesse 50 selon la présente description comprend également un deuxième modulateur spatial de lumière 52 adapté pour introduire sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires B1 une déviation telle que chaque faisceau lumineux élémentaire B, pénètre dans la fibre optique correspondante F, perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique. Dans l'exemple de la figure 2A, le deuxième modulateur spatial de lumière 52 se trouve dans un plan focal image du deuxième objectif 54 et permet de compenser la déviation introduite sur chaque faisceau élémentaire B1 par le premier modulateur spatial de lumière 51. Sur le schéma simplifié de la figure 2A, trois faisceaux élémentaires B1, B2, B3 sont ainsi représentés. Ces faisceaux sont formés à partir d'un faisceau incident sur le premier modulateur spatial de lumière 51, le faisceau incident étant formé d'impulsions Io émises par la source lumineuse 10. Les faisceaux B, et B2 destinés à entrer dans les fibres optiques F, et F2 (non représentées) du paquet de fibres 40, caractérisées par des retards de groupe 4x1 et Ax2, sont déviés par le premier modulateur spatial de lumière 51 et focalisés par le premier objectif 53 de telle sorte à traverser une lame à retard P, caractérisée par un retard ôt, tandis que le faisceau B3 destiné à entrer dans la fibre optique F3 (non représentée) du paquet de fibres 40, caractérisée par un retard de groupe Ax3, est dévié par le premier modulateur spatial de lumière 51 et focalisé par le premier objectif 53 pour traverser une lame à retard caractérisée par un retard 1542. Les faisceaux élémentaires B1, B2, B3 sont ensuite envoyés au moyen du deuxième objectif 54 vers le deuxième modulateur spatial de lumière 52 qui inscrit une déviation qui compense la déviation inscrite par le premier modulateur spatial de lumière 51 de telle sorte à ce que les faisceaux élémentaires sortent chacun avec un axe optique perpendiculaire à la face d'entrée 41 du paquet de fibres 40. Les faisceaux B1, B2, B3 sont formés d'impulsions lumineuses qui présentent respectivement des retards ôt,, ôt,, 1542 et qui, après traversée des fibres optiques monomodes F1, F2, F3 présenteront des écarts relatifs de vitesse de groupe nuls ou réduits. Dans l'exemple de la figure 2A, les faisceaux élémentaires B, en sortie du deuxième modulateur spatial de lumière 52 sont focalisés dans un plan focal E2 et un système optique 60 de type télescope permet d'appliquer un grandissement strictement inférieur à 1 pour adapter l'ensemble des points de focalisation formés dans le plan focal E2 au motif formé par les fibres F, au niveau de la face d'entrée 41 du paquet de fibres 40. Selon une variante, la focalisation des faisceaux élémentaires B1 en sortie du deuxième modulateur spatial de lumière 52 dans le plan focal E2 est assurée grâce au modulateur spatial de lumière 52 qui introduit au niveau de chaque faisceau élémentaire B, une phase parabolique. Alternativement, le dispositif de contrôle de la vitesse 50 peut comprendre en sortie du deuxième modulateur spatial de lumière 52 une optique (non représentée), par exemple une matrice de microlentilles, qui puisse assurer la focalisation de chaque faisceau élémentaire. Le dispositif de contrôle de la vitesse 50 tel que décrit au moyen des figures 2A et 2B permet ainsi de façon simple un contrôle de la vitesse de groupe au niveau de chacune des fibres optiques monomodes F, du paquet de fibres 40.

Bien entendu, ce dispositif de contrôle de la vitesse, ou GDC, peut tout à fait être employé pour compenser des retards de phase qui auront préalablement été caractérisés sur les fibres du paquet de fibre et/ou pour inscrire au niveau de chaque faisceau élémentaire une fonction de phase qui permettra de former la fonction de phase recherchée à l'extrémité distale du paquet de fibres 40, par exemple une fonction parabolique pour la formation d'un point de focalisation. Dans l'exemple de la figure 2A, ces fonctions pourront être assurées par l'un et/ou l'autre des premier et deuxième modulateurs spatiaux de lumière 51, 52.

Dans l'exemple de la figure 2A, le premier et/ou le deuxième modulateur spatial de lumière pourra être formé d'un modulateur à base de miroirs déformables segmentés ou à membranes, fonctionnant en réflexion, ou d'une matrice à cristaux liquides pouvant fonctionner en réflexion ou en transmission. Les figures 3 à 6 montrent des premiers résultats expérimentaux obtenus avec un système d'imagerie tel que décrit sur la figure 2A et permettant de valider la méthode selon la présente description. Dans cet exemple, la source lumineuse est un laser femtoseconde, émettant des impulsions de 150 fs à une longueur d'onde de 1.035 i_tm. Le dispositif de transport et de contrôle des impulsions comprend un paquet de fibres optiques monomodes formé ici d'une fibre 15 multi-coeurs. La fibre multi-coeurs 40 utilisée est illustrée sur la figure 3A. Elle comprend un ensemble de 169 coeurs monomodes Fi agencés de façon périodique et référencés à partir d'une fibre centrale Fo, comme cela est montré sur la figure 3B. Chaque coeur monomode F1 est destiné à recevoir à son extrémité proximale un faisceau élémentaire B1 qui traverse le coeur pour en 20 sortir à une extrémité distale, comme expliqué précédemment. Le coeur central Fo forme la fibre monomode de référence pour la détermination du retard de groupe Axi qui caractérise chaque coeur monomode F. La fibre multi-coeurs comprend également dans cet exemple une gaine interne multimodes 44 adaptée pour collecter le signal lumineux depuis l'extrémité distale jusqu'à l'extrémité proximale. Dans l'exemple montré sur la figure 3A, la distance inter-coeurs 25 est de 11,8 i_tm, le diamètre d'un mode dans chaque coeur monomode est de 3,6 i_tm et la divergence correspondante de 0,12 radians ; le diamètre de la gaine intérieure multimodes 44 est de 250 i_tm. Le couplage mesuré entre un coeur monomode Fi et son voisin le plus proche est inférieur à -25 dB, et ce même avec une courbure appliquée à la fibre multi-coeur de 12,5 cm de rayon. 30 Une caractérisation des retards de groupe relatifs de chacun des coeurs monomodes de la fibre multi-coeurs 40 est effectuée au moyen d'une méthode connue, par exemple une méthode décrite au moyen des figures 9 et 10. La figure 3C représente ainsi les retards de groupe relatifs mesurés Axi pour les coeurs d'indice i de la fibre multi-coeur. Le retard de groupe est défini comme la différence entre le temps que met une impulsion lumineuse pour traverser la fibre F, et le temps que met une impulsion lumineuse identique pour traverser la fibre de référence Fo. La figure 3D montre l'histogramme de l'ensemble des valeurs des retards de groupe. Comme décrit au moyen de la figure 2A, le dispositif de contrôle de la vitesse 50 permet de partitionner les N faisceaux élémentaires destinés à entrer dans les N coeurs monomodes de la fibre multi-coeur 40 en M groupes sur lesquels vont être imprimés M valeurs de retard au moyen de M lames à retard P. Les M lames à retard P, sont par exemple formées au moyen de M-1 lamelles de verre d'épaisseur égale, la lamelle d'indice j comprenant j trous chacun susceptible de laisser passer un groupe de faisceaux élémentaires ; les M-1 lamelles sont empilées afin de constituer une lamelle à retard comprenant M zones permettant d'imprimer, sur les faisceaux élémentaires, M retards At,. Les trous peuvent être faits, par exemple, par ablation laser. Ainsi la figure 4 illustre la réalisation de 3 lames à retard Pi, P2, P3 au moyen de 2 lamelles 56, 57 d'épaisseurs sensiblement égales, la lamelle 56 présentant 2 trous et la lamelle 57 ne présentant qu'un trou, les lamelles étant disposées de telle sorte à former 3 zones définissant les 3 lames à retard et qui imprimeront respectivement des retards de Oxôtg, lxôtg, 2xôtg, où Ôtg est le retard introduit par passage d'une impulsion à travers une lamelle. Les lames à retard peuvent être formées également par tout autre moyen connu. Il peut s'agir par exemple de M barreaux de verre de diamètre égal mais de longueur différente. Chaque barreau est susceptible de laisser passer un groupe de faisceaux élémentaires. Les barreaux sont par exemple agencés les uns contre les autres, permettant d'imprimer, sur les faisceaux élémentaires, M retards ôt,. La longueur d'un barreau peut être réglée par exemple par polissage. Les lames à retard peuvent également être formées à partir d'une lamelle de verre qu'on divise en M zones ; par une méthode de micro-fabrication, on creuse chacune des zones afin de confectionner M zones d'épaisseur différente. La méthode de micro-gravure peut être une gravure sèche (Reactive Ion Etching) ou humide (HF) ou encore utiliser un faisceau d'ions focalisé (Focussed ion beam). Comme pour les modulateurs spatiaux de lumière, les lames à retard peuvent travailler soit en transmission soit en réflexion.

Si l'on revient à l'exemple des figures 3 à 6, chacun des N faisceaux élémentaires B, va donc passer à travers l'une des 3 lames à retard Pi, P2, P3, en fonction de la valeur du retard de groupe relatif 4x, de la fibre F, qu'il est destiné à traverser. Comme M est très inférieur à N, un grand nombre de faisceaux élémentaires B, se voient imprimer le même retard dans le plan focal intermédiaireEi. Les figures 5A et 5B montrent par des histogrammes l'ensemble des valeurs des retards de groupe relatifs dans un cas où il n'y a pas le dispositif de contrôle de la vitesse de groupe (FIG. 5A) et dans le cas où le dispositif de contrôle de la vitesse de groupe est présent (FIG. 5B).

On observe une nette diminution de la variance d'un histogramme à l'autre, et ce déjà avec 3 lames introduisant 3 valeurs distinctes de retard. La figure 6 montre l'allure spatiale d'un point focal en sortie de la fibre multi-coeurs avec application de la méthode de contrôle de la vitesse de groupe (à gauche) et sans application de ladite méthode (à droite). Sur les figures du bas, est représentée l'image du point focal, et sur les figures du haut, la répartition spatiale de l'intensité. Là encore, ces premiers résultats expérimentaux montrent le gain en intensité obtenu grâce à la méthode selon la présente description. La figure 7 illustre un schéma d'un exemple de système d'imagerie endomicroscopique sans lentille selon un autre exemple de la présente description.

Cet exemple est identique à celui de la figure 2A mais représente le cas d'un arrangement apériodique des fibres optiques monomodes dans le faisceau de fibres 40. On observe que le dispositif et la méthode de transport et de contrôle des impulsions selon la présente description s'applique aussi bien à un paquet de fibres présentant des fibres arrangées de façon apériodique.

La figure 8A illustre un schéma d'un exemple de système d'imagerie endo- microscopique sans lentille selon un autre exemple de la présente description. Dans le schéma décrit sur la figure 8A, on tire partie du fait que M<<N pour d'abord réaliser un retard différentiel entre M sous parties du faisceau incident collimaté. Sur la figure 8A, le faisceau incident collimaté est subdivisé en M=2 sous parties ayant un retard ôti ou ôt2. Ce retard peut être avantageusement réalisé par une lame micro-structurée comme décrit précédemment. Il s'agit alors d'affecter, dans les N fibres du paquet de fibre optique, un sous faisceau élémentaire avec le retard choisi, ici ôti ou ôt2. Dans cet exemple, le premier modulateur spatial de lumière 51 comprend avantageusement une matrice de cristaux liquides. On utilise par exemple la propriété additive des hologrammes qui consiste à générer, sur M zones du premier modulateur spatial de lumière 51, un ensemble d'hologrammes permettant de diffracter le faisceau incident correspondant au retard ôt dans différentes directions. Ces différentes directions apparaissent comme des points de focalisation dans le plan du deuxième modulateur spatial de lumière 52 et ce dernier réalise une déviation telle que chaque faisceau lumineux élémentaire pénètre perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique. Les hologrammes formés au niveau de chacune des M zones du premier modulateur spatial de lumière sont par exemple des hologrammes générés par ordinateur ou « CGH » selon l'abréviation de l'expression anglo-saxonne « computer-generated hologram ». De tels hologrammes sont par exemple décrits dans Liesener et al., « Multi-functional optical tweezers using computer- generated holograms », Opt. Commun., 185, 77 (2000). La figure 8B illustre un schéma d'un exemple de système d'imagerie endomicroscopique sans lentille similaire à celui de la figure 8A mais utilisé dans une application mettant en oeuvre des impulsions à deux longueurs d'onde, par exemple pour les applications en imagerie non linéaire à deux faisceaux. Selon cet exemple, chaque fibre du paquet de fibre 40 est destinée à transporter un faisceau élémentaire à une longueur d'onde donnée et le retard de groupe relatif de cette fibre est avantageusement caractérisé à cette longueur d'onde. Dans cet exemple, le premier modulateur spatial de lumière 51 permet en outre la répartition des faisceaux lumineux élémentaires formés d'impulsions à une longueur d'onde donné dans un sous-ensemble identifié des fibres du paquet de fibres 40. Dans l'exemple illustré sur la figure 8B, le faisceau à la première longueur d'onde Xi, matérialisé par des flèches simples, traverse ainsi par exemple deux lames à retard P1, P2 caractérisées par des retards respectifs Ôti et 1542 et le faisceau à la deuxième longueur d'onde X2, matérialisé par des flèches doubles, traverse deux lames à retard P3, P4 caractérisées par des retards respectifs Ôt3 et &Li. Comme dans l'exemple de la figure 8A, le premier modulateur spatial de lumière 51 permet de former N faisceaux élémentaires, chaque faisceau élémentaire de longueur d'onde donnée étant caractérisé par un retard introduit par la lame traversée et destiné à entrer dans une fibre optique préalablement identifiée du paquet de fibre. Par exemple, N/2 fibres du paquet de fibre reçoivent des faisceaux élémentaires à la première longueur d'onde Xi, alors que les N/2 fibres restantes du paquet de fibre reçoivent des faisceaux élémentaires à la deuxième longueur d'onde X2. Dans l'exemple illustré sur la figure 8B, six faisceaux élémentaires sont affichés, dont trois à la longueur d'onde X1 et trois à la longueur d'onde X2. Par exemple, ces deux groupes de fibres sont choisis de telle sorte que les fibres transportant X1 et X2 soient entrelacées sur la face proximale du paquet de fibres. Dans l'exemple illustré sur la figure 8B, l'entrelacement est illustré par le fait qu'en aval de SLM2, les faisceaux élémentaires alternent entre X1 et X2. Les figures 9 et 10 illustrent des exemples de méthode pour la caractérisation des retards relatifs de groupe dans un paquet de fibres 40 d'un dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses selon la présente description, par exemple pour la caractérisation d'une fibre multi-coeurs. Ces méthodes sont basées sur les techniques connues d'interférométrie spectrale (voir par example Lepetit et al., « Linear techniques of phase measurement by femtosecond spectral interferometry for applications in spectroscopy », J. Opt. Soc. Am. B, 12(12), 2467 (1995)). La figure 9 illustre une méthode adaptée à une mesure distale des retards de groupe tandis que la figure 10 illustre une méthode adaptée à une mesure proximale des retards de groupe, dans laquelle il n'est pas nécessaire d'avoir accès à l'extrémité distale du paquet de fibres.

Comme illustré sur la figure 9, la méthode pour la caractérisation des retards de groupe met en oeuvre un spectromètre fibre 90 et un modulateur spatial de lumière 91. La mesure du retard de groupe relatif Axi d'une fibre Fi, défini par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre de référence Fo, comprend les étapes suivantes. Seuls les faisceaux élémentaires Bi et Bo destinés à entrer dans les fibres optiques Fi, Fo sont formés. Ils traversent les fibres optiques Fi et Fo respectivement. En sortant du paquet de fibres 40 du coté distal, Bi et Bo divergent et se recouvre spatialement. Dans un plan ou le recouvrement est presque total, une fibre optique 92 collecte une partie de chaque faisceau. La fibre optique 92 achemine la lumière collectée à l'analyseur de spectre 90. Le spectre comprend une modulation sinusoïdal (courbes 94), dont la période est égal à (4x)' ; on en déduit ainsi Axi, la valeur recherchée. Dans la pratique, pour éliminer tout signal de fond ne provenant pas de Bi ou Bo, le spectre est mesuré suivant le principe d'interférométrie à décalage de phase ou la phase de Bi (par rapport à Bo) est balayée en utilisant le modulateur spatial de lumière 91, selon la technique d'interférométrie à décalage de phase (voir par example Bruning et al., «Digital Wavefront Measuring Interferometer for Testing Optical Surfaces and Lenses », Appl. Opt. 13(11), 2693 (1976), Eqs. (3-6)). Il est également possible de mesurer Axi sans avoir accès à la partie distale du paquet de fibres 40 comme cela est illustré sur la figure 10. En effet, environ 3 % de Bo et Bi est réfléchi par la face distale du paquet de fibres, du fait de la différence d'indices de réfraction à l'interface entre la paquet de fibres et l'air. Les faisceaux réfléchis B'o et B'i sortant du coté proximal du paquet de fibres 40 peuvent être acheminés vers une fibre optique 92 au moyen d'une lame séparatrice 96 (par exemple une lame semi-réfléchissante ou un cube séparateur de polarisations). La mesure se fait comme décrit précédemment ; dans ce cas on mesure (24x)' car les impulsions font un aller-retour dans le paquet de fibres.

Bien que décrits à travers un certain nombre d'exemples de réalisation détaillés, le dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses pour l'imagerie endomicroscopique dite « sans lentille » ainsi que les systèmes et procédés d'imagerie endomicroscopiques sans lentille comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme de l'art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention, telle que définie par les revendications qui suivent.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses à au moins une longueur d'onde pour l'imagerie endo-microscopique sans lentille comprenant : - un paquet (40) de N fibres optiques monomodes (F,) agencées selon un motif donné, destiné à recevoir un faisceau lumineux formé d'impulsions (10) à une extrémité proximale et à émettre un faisceau lumineux à une extrémité distale, chaque fibre optique monomode (F,) étant caractérisée par une valeur de retard de groupe relative (3,x,) définie par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence (Fo) du paquet de fibres (40), un dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe (50) agencé du côté de l'extrémité proximale du paquet de fibres optiques et comprenant: Un nombre donné M de lames à retard (P,), chaque lame permettant l'introduction d'un retard (ôt,) donné ; Un premier modulateur spatial de lumière (51) adapté pour former à partir d'un ou plusieurs faisceaux lumineux incidents un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires (B,) destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques (F,), chaque faisceau élémentaire (B,) étant destiné à passer dans une lame à retard donnée (P,) telle que la somme (ôt, +3,x,) du retard (ôt,) introduit par ladite lame à retard et du retard de groupe relatif (3,x,) de la fibre optique (F,) destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire (B,) soit minimale en valeur absolue; Un deuxième modulateur spatial de lumière (52) adapté pour introduire sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires (B,) une déviation telle que chaque faisceau lumineux élémentaire (B,) pénètre dans la fibre optique correspondante (F,) perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique.
2. 2. Dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses selon la revendication 1, dans lequel le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe (50) comprend un premier objectif (53) et un deuxième objectif (54) formant un montage optique avec un plan focal intermédiaire (il) et dans lequel : les lames à retard (P,) sont agencées dans le plan focal intermédiaire (il) du montage optique ;le premier modulateur spatial de lumière (51) se trouve dans un plan focal objet du premier objectif (53); et le deuxième modulateur spatial de lumière (52) se trouve dans un plan focal image du deuxième objectif (54).
3. 3. Dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses selon la revendication 1, dans lequel le dispositif optique de contrôle de la vitesse de groupe (50) comprend un objectif (58) et dans lequel : - les lames à retard sont agencées dans un plan situé en amont du premier modulateur spatial de lumière (51) et sont adaptées pour former, à partir d'un faisceau incident formé d'impulsions (10), M faisceaux lumineux, chaque faisceau lumineux étant formé d'impulsions caractérisées par un retard de groupe (ôtj) donné ; - le premier modulateur spatial de lumière (51) est agencé dans le plan focal objet de l'objectif (58) et est destiné à recevoir lesdits M faisceaux lumineux ; - le deuxième modulateur spatial de lumière (52) se trouve dans un plan focal image de l'objectif (58).
4. 4. Dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses selon la revendication 3, dans lequel le premier modulateur spatial de lumière (51) est formé de M zones holographiques, chaque zone holographique étant destiné à recevoir un desdits faisceaux lumineux formé d'impulsions caractérisées par un retard de groupe (ôtj) donné.
5. 5. Dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le paquet de N fibres optiques monomodes (F,) est formé d'une fibre multi-coeurs.
6. 6. Dispositif de transport et de contrôle d'impulsions lumineuses selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les N fibres optiques monomodes sont agencées de façon apériodique.
7. 7. Système d'imagerie endo-microscopique comprenant : - une source (10) d'impulsions lumineuses, - un dispositif de transport et de contrôle des impulsions émises par ladite source selon l'une quelconque des revendications précédentes et - une voie de détection (20, 21) de la lumière destinée à traverser le paquet de fibres optiques monomodes (40) de son extrémité distale à son extrémité proximale.
8. 8. Procédé d'imagerie non linéaire endo-microscopique sans lentille au moyen d'un paquet de fibres optiques monomodes (40) agencées selon un motif donné et caractérisées chacune par un retard de groupe relatif (4x,) défini par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence (Fo) du paquet de fibres (40), le procédé comprenant : - l'émission d'un faisceau incident formé d'impulsions (10) à au moins une longueur d'onde sur un premier modulateur spatial de lumière (51) agencé dans le plan focal objet d'un premier objectif (53) formant avec un deuxième objectif (54) un montage optique avec un plan focal intermédiaire (il); - la formation au moyen du premier modulateur spatial de lumière (51) à partir du faisceau lumineux incident, d'un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires (B,) destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques (F,), chaque faisceau élémentaire (B,) passant dans une lame à retard donnée (Pi) caractérisée par un retard (Ôtj) et agencée dans le plan focal intermédiaire (il) du montage optique, telle que la somme (Ôtj +4x,) du retard (Ôtj) introduit par ladite lame à retard et du retard de groupe relatif (4x,) de la fibre optique (F,) destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire (B,) soit minimale en valeur absolue; - l'introduction au moyen d'un deuxième modulateur spatial de lumière (52) agencé dans le plan focal image du deuxième objectif (54) d'une déviation sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires (B,) telle que chaque faisceau lumineux élémentaire (B,) pénètre dans la fibre optique correspondante (F,) perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique.
9. 9. Procédé d'imagerie non linéaire endo-microscopique sans lentille au moyen d'un paquet de fibres optiques monomodes (40) agencées selon un motif donné et caractérisées chacune par un retard de groupe relatif (4x,) défini par rapport au temps de parcours d'une impulsion se propageant dans une fibre optique monomode de référence (Fo) du paquet de fibres (40), le procédé comprenant : - l'émission d'un faisceau incident formé d'impulsions (10) à au moins une longueur d'onde et la formation à partir dudit faisceau incident et au moyen de M lames à retard (Pi) caractérisées chacune par un retard (Ôtj) d'un nombre M de faisceaux lumineux, chacun des M faisceaux lumineux étant formé d'impulsions caractérisées par un retard de groupe (Ôtj) donné,- la formation au moyen d'un premier modulateur spatial de lumière (51) agencé dans le plan focal objet d'un premier objectif (58) et à partir des M faisceaux lumineux d'un nombre N de faisceaux lumineux élémentaires (B,) destinés à entrer chacun dans une desdites fibres optiques (F,), telle que la somme (Ôtj +4x,) du retard (Ôtj) du faisceau lumineux à partir duquel est formé le faisceau lumineux élémentaire introduit (B,) et du retard de groupe relatif (4x,) de la fibre optique (F,) destinée à recevoir ledit faisceau lumineux élémentaire (B,) soit minimale en valeur absolue; - l'introduction au moyen d'un deuxième modulateur spatial de lumière (52) agencé dans le plan focal image de l'objectif (58) d'une déviation sur chacun des N faisceaux lumineux élémentaires (B,) telle que chaque faisceau lumineux élémentaire (B,) pénètre dans la fibre optique correspondante (F,) perpendiculairement à la face d'entrée de la fibre optique.
10. 10. Procédé d'imagerie non linéaire endo-microscopique sans lentille selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, l'un et/ou l'autre des modulateurs spatiaux de lumière (51, 52) permet l'application d'un déphasage sur chacun des faisceaux élémentaires (B,), permettant d'inscrire à l'extrémité distale du paquet de fibres (40) une fonction de phase déterminée et/ou de corriger les variations de phase introduites par chacune des fibres du paquet de fibres (40).
11. 11. Procédé d'imagerie non linéaire endo-microscopique sans lentille selon l'une quelconque des revendications 9 à 10 comprenant l'émission d'au moins deux faisceaux lumineux incidents, chaque faisceau lumineux incident étant formé d'impulsions à une longueur d'onde distincte et dans lequel le premier modulateur spatial de lumière (51) permet en outre la répartition des faisceaux lumineux élémentaires formés d'impulsions à une longueur d'onde donné dans un sous-ensemble des fibres du paquet de fibres (40).25