Imager l'invisible avec la lumière

Introduction générale vii

1 Imager, résoudre et agrandir : le microscope 1

1.1 Une vision unifiée des systèmes d’imagerie optique . . .. . . . . . . . 1

1.1.1 Introduction : du microscope au lecteur DVD . . . . .. . . . 1

1.1.2 Microscopie plein champ et à balayage . . . . . . . .. . . . . 3

1.1.3 Réciprocité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 4

1.2 Le microscope à balayage . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 5

1.2.1 Formation de l’image . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 5

1.2.2 La résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 7

1.2.3 Le grandissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 10

1.3 Les nouvelles microscopies optiques . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 10

1.3.1 Amélioration du contraste . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 11

1.3.2 Amélioration de la résolution . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 14

1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 16

2 Optique adaptative 19

2.1 Formation d’images . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 19

2.1.1 L’optique géométrique . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 19

2.1.2 La diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 22

2.2 Aberrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 23

2.2.1 Aberrations optiques . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 23

2.2.2 Milieux non homogènes aberrants . . . . . . . . . . .. . . . . 26

2.2.3 Qualité des images . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 27

2.3 Optique adaptative . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 27

2.3.1 Correction de surface d’onde . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 29

2.3.2 Mesure de surface d’onde . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 31

2.3.3 Etoile guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 33

2.4 Optique adaptative en astronomie . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 34

2.5 Optique adaptative pour les applications biomédicales .. . . . . . . . 38

2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 41

3 Imager en milieux diffusants 45

3.1 Milieux diffusants . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 45

3.1.1 Lumière balistique, diffusion simple et multiple . . .. . . . . . 45

3.1.2 Ordre de grandeur en biologie . . . . . . . . . . . .. . . . . . 46

3.1.3 Imagerie balistique . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 47

3.2 Imager avec la lumière diffuse . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 49

3.2.1 Le speckle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 50

3.2.2 Le contrôle de front d’onde . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 51

3.2.3 La conjugaison de phase . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 52

3.2.4 Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 53

3.2.5 Matrice de transmission . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 55

3.2.6 Imager grâce au contrôle de front d’onde . . . . . . .. . . . . 57

4 Holographie 63

4.1 Introduction à l’holographie . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 64

4.1.1 Tridimensionnalité ou stéréoscopie ? . . . . . . . . .. . . . . . 64

4.1.2 Enregistrer ou restituer ? . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 66

4.1.3 Phase des ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 67

4.1.4 Notion de cohérence . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 69

4.2 Principe de l’holographie . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 70

4.2.1 L’holographie : enregistrement . . . . . . . . . . . .. . . . . . 70

4.2.2 Restitution analogique de l’hologramme . . . . . . . .. . . . . 72

4.3 Holographie numérique . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 74

4.3.1 Configuration expérimentales . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 74

4.3.2 Reconstruction numérique . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 74

4.4 Applications en microscopie . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 77

4.4.1 Refocalisation numérique et suivi d’objets. . . . . .. . . . . . 77

4.4.2 Imagerie holographique doppler . . . . . . . . . . . .. . . . . 78

4.4.3 Imagerie de phase quantitative . . . . . . . . . . . .. . . . . . 80

4.5 La projection holographique en microscopie et enbiologie . . . . . . . 87

4.5.1 Hologrammes de synthèse . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 87

4.5.2 Projection dynamique de motifs optiques . . . . . . .. . . . . 87

4.5.3 Applications optogénétiques . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 88

4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 96

5 Microscopie de Fluorescence 99

5.1 Fluorescence et marqueurs fluorescents pour la biologie. . . . . . . . . 100

5.1.1 Qu’est-ce que la fluorescence ? . . . . . . . . . . .. . . . . . . 100

5.1.2 Les protéines fluorescentes et leurs applications enbiologie . . 101

5.2 Microscopie plein champ conventionnelle . . . . . . . .. . . . . . . . . 104

5.2.1 Architecture et grandissement du microscope pleinchamp . . 105

5.2.2 Définition de la PSF et résolution latérale . . . . .. . . . . . . 106

5.2.3 Forme de la PSF dans les 3 dimensions spatiales . . .. . . . . 107

5.2.4 Formation des images . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 108

5.2.5 Le problème du fond . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 111

5.2.6 Une application de la microscopie plein champ en neurosciences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 112

5.2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 114

5.3 Microscopies à balayage laser . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 114

5.3.1 Microscopie confocale . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 114

5.3.2 Microscopie à deux photons . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 119

5.4 Techniques de microscopie rapides à sectionnement optique . . . . . . 123

5.4.1 Microscopie confocale à disque rotatif . . . . . . . .. . . . . . 125

5.4.2 Microscopie à feuille de lumière . . . . . . . . . . .. . . . . . 125

5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 129

Conclusion 133

Remerciements 135

Les auteurs 137

Sponsors 139

Langue(s) : Français

Public(s) : Etudiants, Professionnels, Recherche

Editeur : EDP Sciences

Collection : Savoirs Actuels

Publication : 12 janvier 2023

Référence Livre papier : L26544

Référence eBook [PDF] : L26551

EAN13 Livre papier : 9782759826544

EAN13 eBook [PDF] : 9782759826551

Intérieur : Couleur

Format (en mm) Livre papier : 155 x 230

Nombre de pages Livre papier : 140

Nombre de pages eBook [PDF] : 140

Taille(s) : 17 Mo (PDF)