Imagerie Microscopique Multimodale Polarimétrique Visible et Infrarouge Couplée à des Sources de Lumière Laser Accordable et Synchrotron

Multimodal Polarimetric Microscopic Imaging in the Visible and the Infrared Coupled to Tunable Laser and Synchrotron Light Sources

• Auteur / Autrice : Bandar Albugami
• Direction : Razvigor Ossikovski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 10/03/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (Palaiseau, Essonne) - Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] / LPICM
• Jury : Président / Présidente : Olivier Guaitella
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Razvigor Ossikovski, François Goudail, Jean-Hervé Tortai, Elise Colin, Matthieu Lancry, Enrique Garcia-Caurel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Goudail, Jean-Hervé Tortai

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectres infrarouges

Polarimétrie

Imagerie multispectrale

Mots clés libres

Polarimétrie

Microscopie infrarouge

Imagerie multispectrale

Imagerie multimodale

Polarimetry

Infrared microscopy

Multispectral Imaging

Multimodal imaging

Résumé

Le microscope polarimétrique développé dans le cadre de cette thèse est le premier à combiner la possibilité de réaliser une analyse complète de la polarisation de la lumière avec une imagerie bimodale, dans les plans réel et de Fourier, sur un domaine spectral très large, du visible au moyen infrarouge. Développé en collaboration avec le Synchrotron SOLEIL, le microscope polarimétrique n’est pas un démonstrateur, mais un vrai instrument de recherche intégré au sein de la ligne de lumière synchrotron infrarouge SMIS, et mis au service de la communauté scientifique. Le développement instrumental a porté sur la conception optique et la conception polarimétrique. La conception optique a permis de créer le dispositif optique et mécanique qui constitue le microscope. La conception polarimétrique a permis de développer une configuration optique et un mode de pilotage novateurs du polarimètre, qui se distinguent par leur simplicité et leur efficacité. Ces caractéristiques donnent au polarimètre un avantage net par rapport à d’autres technologies, et permettent d’envisager une éventuelle exploitation commerciale. Une nouvelle méthode d’étalonnage polarimétrique, appelée la méthode du polariseur, initialement adapté pour le microscope polarimétrique s’avère aussi utile pour calibrer des polarimètres travaillant dans des domaines spectraux extrêmes pour lesquels peu solutions existent. Le microscope polarimétrique sera appliqué à l’étude tant de matériaux organiques qu’inorganiques d’origine naturelle ou artificielle. Le manuscrit termine par la description d’un exemple d’application consistant à l’étude de la réponse de feuilles de vigne et de ses composants par imagerie polarimétrique dans le visible et l’infrarouge. Les images dans le visible ont permis d’identifier la présence d’agrégats de cristallites nommées raphides, et les images infrarouges ont permis de déterminer leur composition chimique.

The polarimetric microscope developed within the framework of this thesis is the first, and for the moment the only one, combining the possibility of carrying out a complete analysis of the polarization of light with a bimodal imaging capability, in the real and Fourier planes, on a wide spectral range, from visible to mid-infrared. Developed in collaboration with the Synchrotron SOLEIL, the polarimetric microscope is a real research instrument integrated within the SMIS infrared synchrotron beamline, and put at the service of the scientific community. The optical design made it possible to create the optical and mechanical device that constitutes the microscope. The polarimetric design has made it possible to develop an innovative, simple and robust optical configuration and control mode of the polarimeter. These characteristics give the polarimeter a clear advantage over other technologies, and make it possible to consider possible commercial exploitation. A new polarimetric calibration method, called the polarizer method, adapted for the polarimetric microscope is also useful for calibrating polarimeters working in extreme spectral domains. The polarimetric microscope will be applied to the study of both organic and inorganic materials of natural or artificial origin. The manuscript ends with the description of an example of application consisting in the study of the response of vine leaves and its components by polarimetric imaging in the visible and infrared. The visible images made it possible to identify the presence of crystallite aggregates called raphides, and the infrared images made it possible to determine their chemical composition.