La dépendance du signal au flux du référent

Intéressons-nous maintenant à la dépendance du signal acousto-optique au flux référent. La détection interférométrique est d’autant plus efficace qu’elle procure un niveau de signal élevé pour un niveau de bruit contenu. Nous nous intéressons donc ici autant à l’efficacité de l’holographie photoréfractive, qu’à l’évolution expérimentale du bruit.

Rappelons que l’efficacité de l’holographie photoréfractive dépend forte- ment du bras référent. Les paramètres expérimentaux qui importent sont son couplage avec le bras sonde au sein du cristal photoréfractif, et son flux lu- mineux. Le meilleur couplage est un compromis entre son étendue spatiale et l’activation en volume de l’effet photoréfractif. Un bon compromis est la confi- guration d’injection orthogonale du référent, avec une étendue spatiale tout juste inférieure à la surface du cristal. Par ailleurs, un flux du référent plus im- portant permet d’activer un volume plus important du cristal, avant saturation globale de l’effet. Nous nous attendons donc à avoir un signal acousto-optique d’autant plus fort que le flux du référent est élevé, avant une saturation.

Concernant le bruit expérimental, nous avons vu que la détection était limitée par le bruit de Schottky. Nous avons également vu que la configuration de diffraction anisotrope avec une injection orthogonale permet de limiter au mieux la diffusion du référent sur le capteur, de manière à ce que le flux lumineux collecté soit toujours dominé par le flux signal. Et ce, même dans le cas du flux nécessaire à l’obtention d’une bande passante compatible avec la décorrélation des milieux biologiques épais. Nous nous attendons donc à ce que le bruit soit en pratique indépendant de la puissance du référent.

Nous avons ainsi privilégié pour l’imagerie une configuration de diffraction anisotrope en injection orthogonale d’un référent spatialement étendu. L’expé- rimentation qui suit vise à confirmer que la saturation de l’effet apparaît avant le flux minimal compatible avec la décorrélation des milieux biologiques. Elle vise également à vérifier que le bruit expérimental est indépendant du flux du référent. Ainsi, elle vise à montrer que la détection est optimale dans les condi- tions d’imagerie d’un tissu biologique épais. Cette expérimentation consiste à effectuer des profils axiaux verticaux dans un milieu diffusant épais type, en faisant varier la puissance du référent. De ces profils sont extraits le niveau maximal de signal, les fluctuations du signal, et le niveau de bruit plancher.

L’échantillon utilisé est l’échantillon type d’épaisseur L = 3cm et de co- efficient de diffusion réduit µ0

s = 10cm−1. L’injection lumineuse sur le bras sonde est un faisceau collimaté de 1W et la résolution axiale fixe utilisée ∆z = 5.7mm. Ces deux derniers paramètres permettent de maintenir un ni- veau de signal suffisant tout en faisant varier la puissance du référent de 0.1mW à 610mW pour une étendue spatiale de 0.32cm2. Tous les paramètres pertinents de la configuration expérimentale sont rappelés et détaillés sur la figure 5.18. La figure 5.19 montre le profil obtenu avec un référent de 170mW, soit un flux

Iref = 530mW/cm2. Chaque profil subit un filtrage des fréquences spatiales selon une troncature kc = 0.3mm−1 pour donner un profil de données filtrées, représenté en vert. De ce profil filtré est extrait le maximum du signal. Le profil est ensuite divisé en plusieurs secteurs. Les fluctuations du signal sont calculées par l’écart type entre les données brutes et les données filtrées sur une fenêtre (f) de 60 points centrée sur le maximum. Ces fluctuations sont en fait le bruit de notre imagerie. Le niveau de bruit plancher est calculé sur deux fenêtres (bp1) et (bp2) de 30 points chacune à chaque extrémité du profil. Ce bruit plancher est une donnée qui a son importance parce qu’il contribue à la fenêtre de visibilité de notre imagerie.

PZT M A O 1 M A O 2 DS ν = 80 MHz MAO2 φ = 1W sur spot collimaté

sonde φ = variable sur 0.32 cm² ref AsGa config. orthogonale diffraction anisotrope Détecteur S2386-8K R = 10Mo bootstrap Détection synchrone τ = 100ms_c Echantillon L = 3cm, µ’s = 10cm-1 ν = 2.3MHz P = 1.6MPa mod.phas. (ν = 3kHz, r = 24%) mod.phas.alea. (N= 2 , 1/T = 16Hz) mod US max 14 45° 90° ν = 77.7 MHz mod.phas.alea. (N= 2 , 1/T = 16Hz) MAO1 14 x y z₀

Figure 5.18: Les conditions expérimentales de la mesure de la dépendance du signal acousto-optique au flux référent Iref

-30 -20 -10 0 10 20 30 0 0.2 0.4 0.8 0.6 1

position sur l’axe ultrasonore (mm)

sign al a cousto-opti que norma lisé 30 points (bp1) 30 points (bp2) 60 points (f) données brutes données filtrées

Figure 5.19: Profil axial avec un référent Iref = 530mW/cm2

Les résultats expérimentaux

La figure 5.20 présente l’évolution du maximum du signal acousto-optique selon le flux du référent. Nous constatons une augmentation du signal avec le flux avant une saturation. La saturation s’effectue à partir d’un flux typique

Iref ∼ 10mW/cm2. Notons que cette valeur est à rapporter à la valeur du courant d’obscurité du cristal ID mesurée au chapitre 3. La figure 5.19 présente donc, par exemple, un profil avec une efficacité saturée.

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 Maximu m du sign al a cousto-opti que (en W)

Flux du référent (en W/cm2)

10-12 10-11 10-10 10-9

les données filtrées sur la zone (f) selon le flux du référent. Le flux du référent ne semble pas avoir d’influence sur le niveau de l’écart type, autrement dit sur les fluctuations du signal acousto-optique. Le bruit de l’imagerie semble donc être indépendant du flux du référent, dans la configuration de diffraction anisotrope avec injection orthogonale. Le rapport signal/bruit de l’imagerie rapporté sur la figure 5.22 présente donc également un flux typique de saturation Iref ∼ 10mW/cm2.

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101

Ecart type du si

gnal (e

n W)

Flux du référent (en W/cm2)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 x 10 -11

Figure 5.21: Les fluctuations du signal acousto-optique selon le flux du réfé- rent Iref

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 100

101 102

Flux du référent (en W/cm2)

Rapport signal / br ui t (e n Hz ) -1/2

Figure 5.22: Le rapport signal/bruit selon le flux du référent Iref

La figure 5.23 présente l’évolution du niveau moyen du bruit plancher selon le flux du référent sur les zones (bp1) et (bp2). Cette mesure détermine la fe- nêtre de sensibilité de l’imagerie : si ce bruit plancher augmente, une partie du signal sera noyé. Ce niveau ne semble pas dépendre fortement du flux du réfé- rent. Notons tout de même la montée pour les forts flux. Cette augmentation reste cependant très contenue.

10-4 10-3 10-2 10-1 100 101

Espér

anc

e du bruit plan

cher (en W)

Flux du référent (en W/cm2)

x 10-11 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Comme attendu, le signal acousto-optique sature à partir d’un flux référent proche du courant d’obscurité Id∼10mW/cm2. L’augmentation de ce flux n’a pas d’influence sur l’écart type des mesures, et donc sur le bruit d’imagerie. Ainsi, l’holographie photoréfractive reste optimale pour les flux référent néces- saire à l’obtention d’un temps de vie τP R comparable à la décorrélation des tissus in vivo.