Présentation
Auteur(s)
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Sébastien POPOFF : Doctorant - Université de Paris VII
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Geoffroy LEROSEY : Chargé de recherches CNRS
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Sylvain GIGAN : Maître de Conférences - École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielle ESPCI
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Lire l’articleINTRODUCTION
Résumé : Comprendre la propagation des ondes à travers un milieu diffusant désordonné est un défi important de la physique des ondes, en particulier pour les applications médicales. Un milieu qui diffuse de nombreuses fois les ondes, mélange l'information lumineuse de façon aléatoire et est considéré comme opaque. Néanmoins, dans un tel milieu, l'information n'est pas perdue. Nous présentons ici une méthode pour caractériser la réponse d'un milieu afin d'être capable de « voir » une image à travers un milieu opaque.
Mots-clés : Optique – Diffusion multiple – Milieux Complexes – Matrice de transmission – Matrices aléatoires – Problème inverse – Conjugaison de Phase
Domaine : Optique
Degré de diffusion de la technologie : Emergence I Croissance I Maturité
Technologies impliquées : Laser – Modulateur spatial de lumière
Domaines d'application : Imagerie médicale – Télécommunication
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Optics Valley
Centres de compétence : Institut Fresnel (Marseille) – Institut Langevin (Paris)
Industriels : Thalès – Imagine Optics
Autres acteurs dans le monde : Allard Pieter Mosk (University of Twente) –Changhuei Yang (California Institute of Technology) – Rafael Piestun (University of Colorado)
Contact : [email protected]
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2. Comprendre les milieux diffusants
2.1 Propagation d'onde en milieu linéaire
Dès l'antiquité ont étés posés les fondements de l'optique géométrique. Cette discipline interprète les phénomènes optiques en ne considérant que la direction de propagation de l'énergie de la lumière, ou rayon lumineux. Un certain nombre de problèmes concrets peuvent être interprétés par l'optique géométrique : la propagation à travers un dioptre, les systèmes utilisant des lentilles ou encore le confinement de l'onde dans une fibre optique à saut d'indice. Néanmoins, l'optique géométrique ne prend pas en compte la nature ondulatoire de la lumière dont découle la diffraction. Ce phénomène est tout particulièrement à considérer dès lors que la lumière interagit avec des objets de dimensions caractéristiques du même ordre de grandeur (ou plus petit) que la longueur d'onde et dès que l'on s'intéresse à la résolution d'un système d'imagerie.
En prenant en compte la nature ondulatoire de la lumière, la performance théorique des systèmes optiques n'est plus parfaite ; le stigmatisme est seulement approché. La tache issue de la focalisation d'une onde plane par une lentille n'est pas infiniment petite mais présente une extension spatiale finie limitée par la diffraction. La diffraction et les aberrations sont les principales limites aux systèmes d'imagerie conventionnels. Les premiers travaux de correction du front d'onde ont porté sur la diminution de ces effets perturbateurs afin de s'approcher au plus près la limite théorique de la diffraction.
La théorie de la diffusion prédit le comportement d'une onde lumineuse rencontrant un obstacle, ou diffuseur. On distingue généralement trois régimes de diffusion selon la taille caractéristique des diffuseurs d par rapport à la longueur d'onde de l'excitation λ (1).
Pour de gros objets, la théorie de l'optique géométrique suffit à caractériser la diffusion.
Pour de plus petites particules, la diffusion de Mie (pour des diffuseurs de taille comparable à la longueur d'onde) et la diffusion de Rayleigh (pour des diffuseurs de taille très petite par rapport à la longueur d'onde) prédisent la quantité et la direction de la lumière diffusée.
En connaissant la taille et la position d'un diffuseur, il est donc possible de prédire par le calcul la...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SHIRATORI (A.), OBARA (M.) - Photorefractive coherence-gated interferometry. - Review of Scientific Instruments, 69 : 3741, 1998.
-
(2) - WANG (L.), HO (P.P.), LIU (C.), ZHANG (G.), ALFANO (R.R.) - Ballistic 2-D imaging through scattering walls using an ultrafast optical Kerr gate. - Science, 253 (5021) : 769, 1991.
-
(3) - DERODE (A.), ROUX (Ph.), FINK (M.) - Robust acoustic time reversal with high-order multiple scattering. - Phys. Rev. Lett., 75 (23) : 4206–4209, Dec 1995.
-
(4) - LEROSEY (G.), DE ROSNY (J.), TOURIN (A.), DERODE (A.), MONTALDO (G.), FINK (M.) - Time reversal of electromagnetic waves. - Phys. Rev. Lett., 92 (19) : 193904, May 2004.
-
(5) - LEROSEY (G.), DE ROSNY (J.), TOURIN (A.), FINK (M.) - Focusing beyond the diffraction limit with far-field time reversal. - Science, 315 (5815) : 1120, 2007.
-
(6) - YAQOOB (Z.), PSALTIS (D.), FELD (M.S.),...
1 À lire également dans nos bases
KERN (M.) - Problèmes inverse. - [AF1380] 2010.
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Optics Valley
http://www.opticsvalley.org
Institut Fresnel (Marseille)
Institut Langevin (Paris)
http://www.institut_langevin_espci.fr
Thalès
http://www.thalesgroup.com
Imagine Optic's
http://www.imagine-optic.com
École Supérieure de Physique et de chimie industrielle ESPCI
http://www.espci.fr
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