Développement de la super-résolution appliquée à l'imagerie des spectroscopies vibrationnelles

par Marc Offroy

Thèse de doctorat en Optique, Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Ludovic Duponchel.


  • Résumé

    Les spectroscopies vibrationnelles infrarouge et Raman sont de formidables techniques d’analyse pour la caractérisation d’échantillons complexes. Elles permettent effectivement d’accéder à une grande richesse d’information moléculaire. Au-delà des caractérisations macroscopiques de ces techniques, le couplage des spectromètres à des microscopes rend possible la génération de cartographies représentant les distributions spatiales des espèces chimiques de l’échantillon analysé. Malgré ce fort potentiel, ces spectroscopies sont mal adaptées à l’imagerie d’échantillons de taille micrométrique et submicrométrique. Leurs résolutions spatiales en partie fixées par la limite de diffraction sont effectivement restreintes. L’augmentation de la résolution spatiale est donc toujours un enjeu majeur pour permettre une meilleure caractérisation des échantillons analysés. Deux approches se sont dégagées pour améliorer cette limite. La première solution est centrée sur le développement instrumental comme par exemple la spectroscopie champ proche. La seconde approche algorithmique tente de repousser les limites de résolution de système optique par le traitement mathématique et statistique des images générées sur des spectromètres classiques en champ lointain. C’est dans ce cadre que s’inscrit notre recherche. Nous présenterons ainsi dans ce travail le développement et l’optimisation d’un nouveau concept dit de « super-résolution » adapté aux imageries des spectroscopies moyen infrarouge, proche infrarouge et Raman. Différents échantillons d’origines pharmaceutiques, biologiques ou environnementales seront alors exploités.

  • Titre traduit

    Development of the super-resolution applied to imaging in vibrationnal spectroscopy


  • Résumé

    Vibrational spectroscopic imaging (infrared and Raman) is a powerful technique for visualizing the distribution of chemical compounds of complex samples. Due to the very high content of information contained in their spectrum, vibrational spectroscopies have taken more and more importance in molecular imaging. With such far-field imaging spectroscopy, the resolution limit is first and foremost dictated by the photon wavelength due to diffraction limit. This becomes a real constraint when micron-sized or submicron-sized samples are analyzed because no more details are present in generated images. Thus increasing the spatial resolution is still a major challenge for a better characterization of the analyzed samples. Two approaches have emerged to go beyond this limit. The first approach focuses on the instrumental development such as the near-field spectroscopy. The second approach is an algorithmic one. It attempts to push the limits of resolution of optical system by the mathematical analysis of images generated on conventional far-field spectrometers. The aim of the presented work is to develop and optimize of a new concept called "super-resolution" in imaging for mid-infrared, near infrared and Raman spectroscopy in order to increase the spatial resolution. Different samples forms of pharmaceutical, biological or environmental origins will be exploited.


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