These - FINOT - 2009

Christophe Finot2

Informations

• Publié par: Miphing
• Nombre de lectures: 68
• Langue: Français

Extrait

PROPOSITION DE THESE


Développement de sources optiques fibrées pour les applications biomédicales


Thèse dans le cadre du dispositif « Jeunes chercheurs entrepreneurs »
soutenu par le conseil régional de Bourgogne.


Important : Durant cette thèse, l’étudiant suivra également le cursus MAE (Master
Administration des Entreprises) dispensé à l’université de Bourgogne. L’emploi du temps du
doctorant sera donc spécialement adapté pour suivre pendant les trois années l’enseignement de
ce master et un double diplôme sera remis (doctorat et master). L’objectif est de compléter la
formation scientifique du doctorant par une connaissance avancée du monde de l’entreprise pour
y faciliter son insertion et pour stimuler les vocations entrepreneuriales.


Responsables : Guy MILLOT, Christophe FINOT et Bertrand KIBLER

Laboratoire : Institut CARNOT de Bourgogne ( http://icb.u-bourgogne.fr )
Unité Mixte de Recherche CNRS-Université de Bourgogne
Faculté des Sciences Mirande, DIJON

Équipe Solitons Lasers et Communications optiques
http://icb.u-bourgogne.fr/OMR/SLCO

Contact : Christophe FINOT : [e-mail]
Bertrand KIBLER : [e-mail]

Description sommaire du sujet :

Les progrès récents de la recherche médicale et des sciences de la vie reposent notamment sur le développement de
techniques innovantes d’imagerie biomédicales. La biophotonique, application de l’optique et de la photonique à la
biologie, dans le cadre de la recherche fondamentale, du diagnostic et de l’intervention biomédicale, est ainsi un domaine
transdisciplinaire en pleine expansion. En effet, les applications thérapeutiques des lasers et des fibres optiques sont
de plus en plus nombreuses chaque année. De plus, les nouvelles techniques d'imagerie rendent le corps humain
transparent et ouvrent la voie vers l'exploration de l'infiniment petit (ADN, protéines, cellules, tissus, organismes). Le
besoin essentiel qui est clairement identifié dans toutes ces applications biomédicales (thérapie ou diagnostic) est de
disposer de sources optiques de haute qualité, faciles d’utilisation et d’un coût raisonnable. Cette problématique est
d’autant plus cruciale pour les microscopies dites non-linéaires qui requièrent des impulsions optiques ultra-brèves et très
stables avec une puissance crête importante. Plus précisément, la technique dite CARS (Coherent AntiStokes Raman
Scattering) se base sur deux impulsions picosecondes ou bien femtosecondes décalées en longueur d’onde mais
synchronisées temporellement. De tels impératifs pénalisent actuellement la diffusion et la généralisation de cette
technique, les dispositifs existants restant très massifs et onéreux, ils nécessitent également un alignement optique
quotidien de plusieurs lasers spécifiques.
Le cœur de notre projet consiste donc à développer une source optique bénéficiant des dernières avancées obtenues
dans le domaine des fibres optiques non-linéaires. En effet, basées sur une nouvelle génération de fibres optiques,
dites microstucturées, il est possible de façonner le spectre lumineux et ainsi, par l’interaction de différents effets non-
linéaires, générer un supercontinuum optique dont la largeur spectrale excède plusieurs centaines de nanomètres
(recouvrant les spectres visible et proche infrarouge). Il devient dès lors envisageable d’utiliser une source laser unique,
réduisant significativement le cout du dispositif. L’utilisation est également simplifiée par la grande stabilité des fibres
optiques aux contraintes extérieures.

Des travaux préliminaires menés dans l’équipe Solitons Lasers et Communications Optiques de l’Institut CARNOT de
Bourgogne ont démontré la faisabilité technique de cette approche basée sur les fibres optiques microstructurées. Le
travail proposé consiste à optimiser la configuration existante pour aboutir à un prototype qui pourra ensuite être valorisé.
Cette optimisation visera plusieurs aspects de la physique et de l’instrumentation.
Tout d’abord une caractérisation optique précise de la source sera à mettre en œuvre pour déterminer précisément la
qualité du signal obtenu. Une discussion des gigues temporelles et d’amplitude des impulsions générées sera à mener,
notamment en regard des derniers travaux concernant les ondes scélérates optiques qui peuvent apparaître lors d’un
élargissement spectral significatif. Pour cette caractérisation, le doctorant bénéficiera de toute l’expérience et de l’équipement de l’équipe dans ce domaine (dispositif de caractérisation en intensité et phase, caractérisation optique ou
électrique, mesure de bruit et de gigue).
Les performances obtenues expérimentalement seront ensuite confrontées aux résultats prédits par simulations
numériques basées sur les logiciels d’ores et déjà validés dans l’équipe. Cette analyse permettra d’affiner la
compréhension physique du dispositif et de cerner les pistes physiques possibles d’amélioration.
Différents tests menés sur des échantillons témoins valideront ensuite le champ d’utilisation de la source. Une fois ces
tests menés, l’automatisation du dispositif sera envisagée, avec une commande à distance sous interface Labview des
différents éléments. La miniaturisation du dispositif sera également envisagée et la thèse devrait idéalement déboucher
sur la réalisation d’un prototype totalement fonctionnel du dispositif optique dont l’utilisation serait confiée à des
biologistes ou des médecins.

Pour mener à bien ce projet, l’étudiant bénéficiera également des collaborations existantes, notamment établies dans le
cadre du projet ANR SOFICARS (Sources Optiques Fibrées pour la microscopie CARS) dont l’Institut Fresnel de
Marseille (Équipe MOSAIC dirigée par H. Rigneault), spécialiste national de la microscopie CARS. Une collaboration de
longue date établie avec l’Institut FEMTO-ST (équipe Opto-Electronique et Photonique) dans le cadre du Pôle de
Recherche et d’Enseignement Supérieur (PRES) Bourgogne Franche-Comté pourra également être mise à contribution.


Connaissances et compétences requises :

Pour aborder sereinement le projet, le candidat doit maîtriser les bases d’optique habituellement enseignées dans un
cursus de physique (notions sur les lasers, sur la propagation des ondes). Une connaissance de l’optique non-linéaire et
des fibres sera un plus, mais n’est pas un pré-requis indispensable, ces notions pouvant être assimilées lors des
premières semaines du doctorat.
L’aspect numérique du travail proposé reposera principalement sur des codes de calcul existant au sein de l’équipe et
développés en langage Matlab. Le pilotage des dispositifs expérimentaux sera réalisé à partir de l’environnement
Labview. Une connaissance élémentaire de ces deux logiciels sera appréciée.
L’exploitation des données et l’optimisation du système nécessitera des rudiments de traitement de signal (transformée
de Fourier et filtrage).
Une bonne maîtrise de l’anglais lu, écrit et parlé est souhaitable pour la compréhension des documentations techniques,
la rédaction des résultats et les échanges internationaux.

Un dynamisme et une motivation forte sont demandés, ainsi qu’une grande capacité de communication et de travail en
équipe.


Candidatures :

Pour la candidature, envoyer un CV détaillé et une lettre de motivation à M. Christophe FINOT (mettre en copie M.
Bertrand KIBLER) : [e-mail] et [e-mail]