Spontaneous compressive Raman technology : developments and applications

Raman compressé : développements et applications

• Auteur / Autrice : Camille Scotté
• Direction : Hervé Rigneault, Didier Marguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Optique photonique et traitement de l'image
• Date : Soutenance le 16/07/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France)
• Jury : Président / Présidente : Anne Sentenac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nick Stone, Randy Alan Bartels, Mossadek Talby
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cees Otto, Laurent Jacques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éco-industries

Microbiologie pharmaceutique

Imagerie

Imagerie mono-pixel

Spectroscopie Raman

Mots clés libres

Raman

Camera mono-Pixel

Raman

Single-Pixel camera

Résumé

La diffusion Raman spontanée est un processus physique qui permet de caractériser la composition d’un système chimique au niveau moléculaire. Ne nécessitant pas de marqueur mais simplement une source lumineuse, elle est utilisée dans de nombreux domaines, aussi variés que la recherche biomédicale ou que le contrôle qualité industriel. Néanmoins, l’efficience de ce simple processus est faible, et les temps d’acquisition qui en résultent sont donc conséquents. De plus, les méthodes d’acquisition conventionnelles du signal Raman génèrent de larges volumes de données et utilisent des détecteurs parfois peu sensibles, ce qui amplifie les temps d’acquisition déjà longs. Ainsi, l’utilisation du Raman spontané – processus pourtant simple et efficace – est alors limitée, particulièrement en biologie. Il semble donc pertinent de chercher à rendre la technique plus efficiente, c’est-à-dire plus rapide tout en conservant sa simplicité. Pour ce faire, dans le cadre de cette thèse, nous nous plaçons dans le cas où les espèces chimiques contenues dans l’échantillon sont déjà connues, et nous cherchons à estimer leurs concentrations respectives. Nous concevons un montage optique en utilisant des outils de traitement du signal, afin de rendre l’acquisition plus efficiente. Nous montrons des résultats préliminaires qui suggèrent l’utilité de la technique pour certaines applications, dans les domaines de l’imagerie biomédicale, de l’industrie pharmaceutique et de l’environnement

Spontaneous Raman scattering is a physical process that provides a unique knowledge of materials at the molecular level. Since it does not require any label but simply a source of light, it is used in many different fields, ranging from biomedical research to industrial quality control. Nevertheless, this simple process has a limited efficiency and requires substantial acquisition times. In addition, the conventional methods to acquire the Raman signal generate overwhelmingly large data sets, and sometimes use detectors with limited sensitivity, which amplify the already long acquisition times. Thus, the use of spontaneous Raman – yet effective and simple – is limited, especially in biology. Therefore, it seems relevant to try to make the technique more efficient, that is to say faster while keeping its simplicity. To do so, in this thesis work, we consider that the chemical species contained in the sample are a priori known, and we wish to estimate their respective concentrations. We design an optical setup that uses signal processing tools to make the acquisition more efficient. We show some preliminary results that suggest the technique usefulness for fields related to biomedical imaging, pharmaceutical industry and the environment.