Une nouvelle méthode de mesure optique pour l’endoscopie

Nos yeux, de même que les caméras ou appareils photographiques, ne sont pas sensibles à la polarisation de la lumière c’est-à-dire à l’orientation des vibrations de l’onde lumineuse. Pourtant, la manière dont un matériau modifie cette caractéristique en renvoyant la lumière fournit de nombreuses informations autrement inaccessibles. Des dispositifs de mesures spécifiques ont été développés, mais ils nécessitent un contrôle parfait des états de polarisation de la lumière à l’émission et à la détection, ce qui interdit leur utilisation au travers d’une fibre optique car celle-ci modifie de manière non contrôlée la polarisation de la lumière qui la traverse. Deux physiciens du département Optique de l’Institut de Physique de Rennes (IPR – CNRS / Univ. Rennes 1) viennent de proposer et démontrer un nouveau principe de mesure qui échappe à ces contraintes en utilisant non pas un faisceau lumineux, mais la superposition de deux faisceaux de lumière polarisée de fréquences légèrement différentes. Cette méthode est compatible avec la traversée d’une fibre optique dont la traversée, modifiant de manière conjointe la polarisation des deux faisceaux, n’affecte pas le résultat de la mesure. Ces travaux ont fait l’objet d’un brevet et d’une publication scientifique dans la revue Physical Review Letters.

L’approche originale développée par les deux enseignants-chercheurs repose sur la combinaison des effets de polarisation (la direction des vibrations de l’onde lumineuse), et d’interférence (l’intensité de la superposition de deux ondes lumineuses qui interfèrent est différente de la somme des intensités de chacune des deux ondes). La source de lumière qu’ils utilisent est un laser émettant un faisceau obtenu par superposition de deux ondes de fréquence différentes et dont les polarisations sont orthogonales. Dans cette situation particulière, les deux ondes n’interfèrent pas et l’intensité laser est la somme des intensités des deux ondes. La réflexion de ce faisceau par un matériau dit « dépolarisant » a pour effet de mélanger les polarisations des deux ondes et donc d’introduire des interférences entre celles-ci. Comme ces deux ondes ont des fréquences différentes, cela se traduit par l’apparition d’oscillations rapides de l’intensité lumineuse réfléchie, facilement détectables. En revanche, si la traversée d’une fibre optique modifie de manière aléatoire la polarisation des deux ondes, elle ne les mélange pas et donc, n’induit aucune interférence susceptible de brouiller la détection.

Cette nouvelle modalité de mesure ouvre la voie à l’imagerie endoscopique polarimétrique. Elle est en effet intrinsèquement compatible avec un déport par fibre et de plus facilement adaptable sur les systèmes d’endoscopie commerciaux conventionnels. En outre, elle ne requiert par principe aucun composant d’analyse de la polarisation : elle est donc parfaitement compatible avec des mesures multispectrales qui présentent un fort intérêt, y compris pour une utilisation en espace libre. Les premiers résultats expérimentaux obtenus à l’IPR ont permis de valider cette nouvelle technique et ouvrent la voie à des mesures de dépolarisation de grande dynamique (> 30dB), et à très haute cadence (> MHz). Les nombreuses perspectives de ces travaux viseront dans un premier temps à développer des prototypes de systèmes d’imagerie temps-réel (endoscopie et/ou microscopie pour l’imagerie biomédicale, imagerie spectro-polarimétrique, etc.) fondés sur le principe de brisure d’orthogonalité.

Illustration du principe de mesure de dépolarisation par brisure d’orthogonalité.