Amplification paramétrique d'images et transformée de Fourier

Transcription

1 Amplification paramétrique d'images et transformée de Fourier Eric Lantz Institut Femto ST Laboratoire d'optique Pierre Michel Duffieux, U.M.R CNRS / Université de Franche-Comté, Besançon cedex, France

2 Principe de l'amplification paramétrique Impulsion pompe intense Impulsion signal faible Milieu non linéaire χ (2) Impulsion signal amplifiée Impulsion pompe Impulsion idler générée Photon pompe à la fréquence ω p χ (2) + Photon signal à la fréquence ω s Photon idler à la fréquence ω i Conservation de l'énergie : ω p = ω s + ω i Condition d'accord de phase : k p = k s + k i

3 Amplification paramétrique d'images et accord de phase exemple du KTP λ p =532 nm λ s =1064 nm accord de phase colinéaire pour θ 0 =π/2, φ=φ 0 =24,4 lumière diffractée par y l'objet Onde plane incidente Object x θ s θ 0 faisceau pompe collimaté Accord de phase pour une direction du faisceau pompe et pour un cône de vecteurs d'onde signal correspondant aux fréquences spatiales : ν x = sin(φ s -φ 0 ) /λ ν y = sin(θ s -π/2) /λ

4 Quasi accord de phase k s k i Δk k p 26 G s, gain (db) signal angle Φ s (deg) 25 B pump angle Φ p (deg) signal angle Φs (deg) Δφ =22 mrad s Φ =25.07 p pump angle Φ (deg) p

5 Montage expérimental 1.064!m 0.532!m Densité L 1 L 2 L 3 P D 1 D 1 KTP 2 P 2 Objet L,L,L : lentilles P,P : polariseurs de Glan-Taylor 1 2 D,D : miroirs dichroïques (T à 1.064!m, R à 0.532!m) 1 2 max max trajet du faisceau signal trajet du faisceau pompe s p O' ligne à retard i s plan focal image O" plan image conjugué camera CCD Polarisation verticale (pompe, idler) Polarisation horizontale (signal) moniteur TV PC

6 Image amplifiée d'une mire de résolution Gain paramétrique : 40dB Résolution: 14 µm sur l'objet 90 µm dans le cristal 80x80 points résolus Cristal de KTP : 7x7x20 mm 3

7 Variation de la surface de quasi-accord dans le plan (Θ s, Φ s ) en fonction de l'angle d'incidence de la pompe Φ s, angle signal (deg) B Θ s, angle signal (deg) Φ s, angle signal (deg) B" s so Θ s, angle signal (deg) Appliquées au spectre de fréquences spatiales d'une image, ces fonctions de transfert agissent comme un filtre passe-bas (B) ou comme un filtre passe bande (B"). 27 Φ s, angle signal (deg) B B" Le passage d'une configuration passe bas à une configuration passe bande se fait par rotation du cristal autour de son axe Z Φ p, angle pompe (deg)

8 Filtrage des fréquences spatiales 1 2 Spectre aléatoire de fréquences spatiales amplifié pour deux orientations différentes du cristal autour de son axe Z. L'amplification agit comme un filtre passe-bas (1) ou comme un filtre passe bande (2). 3 5 Image amplifiée d'un chiffre 4 (3) et son spectre de fréquences spatiales (5) pour une orientation du cristal correspondant à un filtre passe-bas. F. Devaux, E. Lantz, Optics Com (1995) 4 Image amplifiée d'un chiffre 4 (5) et son spectre de fréquences spatiales (6) pour une orientation du cristal correspondant à un filtre passe bande. Les fréquences spatiales plus élevées de l'objet sont amplifiées, réalisant ainsi une inversion de contraste dans l'image. 6

9 Etude de la fluorescence paramétrique Pas de signal à l'entrée : conversion basse spontanée des photons pompe ou amplification des fluctuations du vide.

10 Energie de la fluorescence paramétrique F. Devaux, E. Lantz, EPJD 8 117(2000) Vide quantique : un photon virtuel par mode spatio-temporel à l'entrée de l'amplificateur. Nombre de modes infini mais seul un nombre fini de modes donne lieu à amplification. Preuve expérimentale de l'équivalence entre la notion de cellule de résolution et de mode quantique (spatial).

11 Fluctuations de la fluorescence paramétrique E. Lantz, F. Devaux, EPJD 17 93(2001) L'extension spatiale des fluctuations est de l'ordre de grandeur de la cellule de résolution. Simulation : un photon en moyenne sur chaque pixel à l'entrée quel que soit le (sur) échantillonnage : l'amplification agit comme un filtre spatial

12 Imagerie de luminance en photons par mode Plan image Plan de Fourier Thèse S. Brustlein (2005)

13 Conclusion "Un chercheur ne conclut pas. Quand il a stocké une série, il déballe ses faits ou ses calculs et tâche de trouver une clientèle. Comme celui d'un constructeur d'automobiles ou d'un chemisier, notre travail ne vaut que dans la mesure où il nous quitte. La conclusion réelle d'un travail scientifique c'est son développement par d'autres chercheurs." P.M. Duffieux "Information et bruitage dans le dessin des formes matérielles" (1959) Travail réalisé en collaboration avec Fabrice Devaux, Sophie Brustlein et Alexis Mosset.