Mise en forme des sources

Le dispositif exp´erimental de contrˆole des faisceaux excitateurs est pr´esent´e Fi-

gure1.18. Chaque source multimodale (TiS1/OPO1 et TiS2/OPO2) est mise en

forme temporellement et spatialement de fa¸con ind´ependante. Les diff´erents modules impliqu´es ont ´et´e mis au point au laboratoire et permettent de contrˆoler quelques param`etres des sources utiles en microscopie multimodale `a savoir : la puissance et la polarisation des lasers, le synchronisme des trains d’impulsions, la dur´ee des impulsions, ou encore la taille des faisceaux ainsi que leur divergence sur la pupille arri`ere des objectifs de focalisation.

Contrˆole de la puissance et de la polarisation : la puissance des faisceaux

excitateurs est modul´ee `a l’aide d’une lame demi-onde motoris´ee et d’un cube s´eparateur de polarisation. En sortie des lasers la polarisation est lin´eaire, de ce fait

en tournant une lame demi-onde d’un angle θ plac´ee juste avant un cube s´eparateur de polarisation la puissance transmise peut varier continˆument selon une fonction du type cos2_θ. Ainsi `a condition de connaˆıtre la relation entre la commande envoy´ee au

moteur et l’angle θ il est possible de contrˆoler pr´ecis´ement la puissance envoy´ee vers les microscopes. Cela permet par exemple de moduler finement la puissance envoy´ee sur les ´echantillons ou encore de changer de fa¸con automatique la puissance lorsque l’on s’enfonce dans les tissus afin de compenser l’att´enuation des profils d’excitation. De plus, en sortie des cubes, la polarisation est toujours lin´eaire, et peut ˆetre tourn´ee si besoin `a l’aide d’une deuxi`eme lame demi-onde.

Synchronisation temporelle entre les trains d’impulsions : chaque chaˆıne

laser d´ecrite pr´ec´edemment (TiS/OPO) g´en`ere deux trains d’impulsions parfaite- ment corr´el´es de par le principe de fonctionnement d’un OPO. Nous verrons par la suite, qu’il peut ˆetre int´eressant de tirer parti de cette propri´et´e pour l’imagerie multimodale en ayant recours `a des trains d’impulsions synchronis´es (Chapitre 2). Pour cela, le d´elai entre les trains d’impulsions est ajust´e `a l’aide d’une ligne `a retard motoris´ee que l’on contrˆole par ordinateur. La synchronisation se fait usuellement en deux temps : (i) de fa¸con grossi`ere `a l’aide d’une photodiode rapide et d’un os- cilloscope (pr´ecision de l’ordre de quelques ps suivant la bande passante des deux composants ) et (ii) de fa¸con plus pr´ecise en mesurant un signal issu de la somme de fr´equences produit dans un cristal non lin´eaire (pr´ecision de l’ordre de quelques fs).

Contrˆole de la dispersion : la compensation de la dispersion se fait uniquement

sur les impulsions de l’OPO2 utilis´ees pour la THG et est r´ealis´ee `a l’aide d’une ligne

de prismes. Ce dispositif corrige la dispersion du second ordre pr´esente en sortie de l’OPO et introduite par les diff´erents ´el´ements dispersifs rencontr´es par le faisceau. En pratique nous avons constat´e que mˆeme avec un tel dispositif les impulsions ne sont pas tout `a fait limit´ees par transform´ee de Fourier (80–100 fs au lieu de 75 fs). La dispersion r´esiduelle pourrait provenir de la dispersion du troisi`eme ordre introduite par le cristal `a chaque tour dans la cavit´e, ou d’une phase asym´etrique introduite par un processus d’auto-modulation de phase ayant lieu dans le cristal de l’OPO2.

Contrˆole de la taille des faisceaux : la r´esolution d’un objectif d´epend de

1.4. DISPOSITIF EXP´ERIMENTAL 33 pupille arri`ere. Il est donc important d’´eclairer sa pupille arri`ere avec un profil d’illumination connu et contrˆol´e pour trouver le bon compromis entre r´esolution et puissance d’excitation disponible au foyer du microscope. D’autre part, les ob- jectifs de microscope sont usuellement fortement chromatiques dans l’infrarouge si bien que des impulsions d´ecal´ees en longueur d’onde (λ1 = 850 nm et λ2 = 1100 nm)

ont g´en´eralement des plans de focalisation espac´es de plusieurs microm`etres. Par exemple, les d´ecalages peuvent ˆetre de l’ordre de 5 `a 7 µm pour un objectif Olympus XLUMPFL (20X NA = 0,95). Il est donc ´egalement important de pouvoir contrˆoler la divergence des faisceaux sur la pupille arri`ere des objectifs utilis´es. Pour cela,

Figure 1.18: Mise en forme des faisceaux excitateurs pour la microscopie. la divergence et la taille des faisceaux sont ajust´ees `a l’aide de t´elescopes `a trois ou deux lentilles con¸cus au laboratoire. Le t´elescope `a trois lentilles a ´et´e con¸cu

sur le mod`ele des t´elescopes de Donders (1818–1889) `a partir d’un logiciel de trac´e de rayon. Celui-ci est constitu´e d’une lentille divergente de focale f = −50 mm plac´ee entre deux lentilles convergentes de focale f = 150 mm. Ce t´elescope permet un contrˆole ind´ependant de la divergence et de la taille du faisceau de l’OPO2 en

d´epla¸cant la lentille externe et la lentille du milieu (le grandissement th´eorique peut varier entre 0,5 et 1,5 mais est en pratique limit´e aux valeurs comprises entre 0,75 et 1,5 du fait de l’encombrement des lentilles). Par souci d’encombrement nous avons en revanche opt´e sur la deuxi`eme chaine laser pour des t´elescopes `a deux lentilles ne permettant pas d’ajuster ind´ependamment la taille et la divergence des faisceaux. Nous avons donc ´etalonn´e nos diff´erents t´elescopes en choisissant les couples de len- tilles pour lesquels les grandissement permettent de remplir correctement la pupille arri`ere des objectifs utilis´es tout en compensant les aberrations chromatiques `a l’aide des divergences.