Soutenance de thèse de MARTIN Ines

Résumé de la thèse

La spectroscopie Raman Cohérente joue un rôle essentiel dans l'analyse des propriétés chimiques et structurales des échantillons, en particulier dans les domaines biomédicaux et pharmacologiques. Parmi ces techniques, la diffusion Raman stimulée (SRS), une méthode de spectroscopie non linéaire ne nécessitant ni marquage ni coloration, se distingue par sa capacité à fournir des images de haute résolution chimique. Cependant, la réalisation d'images SRS avec un rapport signal sur bruit (SNR) élevé nécessite des sources laser à faible bruit. Actuellement, les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) sont couramment utilisés comme sources pour la microscopie SRS, mais leur faible puissance moyenne et la nécessité de synchroniser les fréquences de cavité et de pompe représentent des limitations importantes. Pour surmonter ces obstacles, nous avons développé un amplificateur paramétrique optique (OPA) à faible bruit et haute cadence (40 MHz) offrant une puissance moyenne élevée ($>$1 W), adapté à l'imagerie SRS. Grâce aux avancées récentes des lasers femtoseconde à haute puissance et limités par le bruit de grenaille, ainsi que des fibres non linéaires à dispersion normale (ANDi) optimisées pour les lasers Ytterbium, nous avons pu générer un continuum de longueur d'onde, utilisé comme signal à amplifier pour un OPA accordable. Nous avons ensuite utilisé cette source pour des expériences d'histologie SRS qui ont montré des résultats surpassant les sources actuellement utilisé dans le domaine, permettant une résolution identique en moins de temps. D'autre part, la spectroscopie Raman peut également révéler des informations structurelles précieuses grâce à la méthode de diffusion Raman stimulée impulsive (ISRS), particulièrement utile pour explorer les phénomènes temporels dans le domaine des décalages Raman inférieurs à $200 cm^-1$ ("low-frequency"). Cette approche repose sur un schéma de détection pompe-sonde où l'impulsion de pompe excite la molécule, entraînant un changement transitoire de l'indice de réfraction, détectable par des altérations du profil spatial, du spectre ou de la polarisation de l'impulsion sonde. Nous avons intégré un nouveau dispositif, la ligne à retard agile (ADL) basé sur une ligne 4f avec un acousto-optique au plan de fourier, capable de balayer jusqu'à 50 ps en intervalles continus et aléatoires, pour obtenir des images hyperspectrales. Des expériences sur des échantillons tels que l'acétaminophène et l'anthracène montrent la capacité de cette technologie à réaliser une détection sélective dans une image hyperspectrale. En combinant ces deux approches, notre travail met en lumière des solutions innovantes pour étendre les capacités de la spectroscopie Raman et améliorer la qualité et la rapidité des mesures dans des applications critiques telles que l'imagerie chimique et l'étude des phénomènes dynamiques moléculaires.