Effet mémoire dans des fibres optiques multimodes à coeur carrés

Memory effect in square multimode fibers

• Auteur / Autrice : Adrien Carron
• Direction : Emmanuel Bossy, Irène Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 05/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble, Isère, France ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Segonds
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elise Ghibaudo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Gigan, Esben Ravn Andresen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photonique

Gyroscopes optiques

Mots clés libres

Fibre optique

Photonique

Microendoscope

Optical fiber

Microendoscope

Photonic

Résumé

L’effet mémoire a beaucoup attiré l’attention de la communauté de l’optique depuis sa découverte dans les années 80 par Feng et Freund. Ce que l’on appelle l’effet mémoire en optique désigne le fait que le motif d’interférence en sortie d’un milieu diffusant (le speckle) translate ou change de direction de propagation lors que l’on translate ou l’on fait changer l’angle d’arriver du faisceau incident.Une méthode exploitant cet effet a été réalisée par Bertolloti et al. en 2012, elle permet d’imager un échantillon à travers un milieu diffusant sans connaissance à priori de l’échantillon et du milieu traversé, en ayant uniquement l’information que l’échantillon est éclairé par un speckle et que celui-ci translate.Par bien des aspects les guides d’onde fortement multimodes se comporte comme des milieux diffusants et bien des méthodes d’imageries utilisées sur l’un d’eux a été par la suite utilisé sur l’autre.C’est dans cette continuité que des recherches menées par Lyubov et al en 2015 ont mis en évidence l’existence d’un effet mémoire de rotation dans des fibres optiques multimodes ''classique'' (à symétrie circulaire). L’effet mémoire de rotation est une corrélation du speckle de sortie de fibre pour une translation d’un faisceau en entrée de la fibre à une distance fixe du centre du cœur de la fibre.Cette effet ne permettant pas de scanner l’intégralité d’un échantillon, il ne permet donc d’utiliser la méthode mise au point par Bertolloti et al et.Au cours de cette thèse, nous avons montré dans le cas de fibres multimodes ''atypiques'' (fibres à cœur carré), qu'il existe un effet mémoire translationnel, c'est-à-dire qu'un motif translatant en entrée de la fibre entraine une forme de translation du motif en sortie de fibre.En réalité, en sortie de fibre de fibre carrée nous n’avons pas qu’une translation d’un motif, mais 4 translations de motif indépendant (la fibre se comportant comme un caléidoscope), chacun de ces motifs se modifiant progressivement au cours de la translation du faisceau incident caractérisant une perte de l’effet mémoire.Le but principal de cette thèse a été de caractériser cet effet mémoire, c’est-à-dire définir un modèle décrivant le comportement des motifs en sortie de fibre pour une translation donnée d’un motif d’entrée. Nous avons également cherché à caractériser qu’elles sont les paramètres de contrôle ayant le plus d’influence sur la portée de l’effet mémoire, polarisation, longueur de la fibre, flexion, etc. et cela afin de définir qu’elles seront les conditions les plus optimales pour réaliser une imagerie à l’aide de cet effet.Notre but est à un plus long terme de mettre au point en endoscope minimalement invasif ne nécessitant aucune calibration avant utilisation.

The memory effect has attracted much attention in the optical community since its discovery in the 1980s by Feng and Freund. The so-called memory effect in optics refers to the fact that the interference pattern at the output of a scattering medium (the speckle) shift or tilt when the incident beam is tilted or shifted.A method exploiting this effect was carried out by Bertolloti et al. in 2012, which allows a sample to be imaged through a scattering medium without prior knowledge of the sample and the medium through which it passes, having only the information that the sample is illuminated by a speckle and that the speckle move all over the sample.In many ways, strongly multimode waveguides behave like scattering media and many imaging methods used on one of them were subsequently used on the other.It is in this continuity that research by Lyubov et al in 2015 revealed the existence of a rotational memory effect in ''classical'' (circularly symmetric) multimode optical fibers. The rotational memory effect is a correlation of the fiber output speckle for a translation of a fiber input beam at a fixed distance from the centre of the fiber core.This effect does not allow the entire sample to be scanned and therefore does not allow the method developed by Bertolloti et al. to be used.In this thesis, we have shown that in the case of ''atypical'' multimode fibers (square-core fibers), there is a translational memory effect, a translating pattern at the fiber input leads to a kind of translating pattern at the fiber output.In reality, at the output of a square fiber we have not just one shifted pattern, but 4 independent pattern translations (the fiber behaving like a kaleidoscope), each of these patterns progressively changing during the translation of the incident beam characterizing a loss of the memory effect.The main goal of this thesis was to characterize this memory effect and find a model describing the behavior of the fiber output patterns for a given shift of an input pattern. We have also sought to characterize which control parameters have the greatest influence on the extent of the memory effect, polarization, fiber length, bending, etc., and that in order to define the most optimal conditions for imaging using this effect.Our longer term goal is to develop a minimally invasive endoscope that does not require calibration before use.