Composants en fibre optique à double gaine pour l'endoscopie à fibre unique

Ce mémoire porte sur les coupleurs en fibres à double gaine. Les fibres à double gaine sont une technologie prometteuse pour l'endoscopie à fibre unique. Leur gaine double permet plusieurs modes d'illumination de l'échantillon et de collection de la lumière rétrodiffusée par l'échantillon. La fabrication d'un coupleur achromatique passif en fibre à double gaine y est expliquée. Ce coupleur est obtenu par fusion et étirage de deux fibres à double gaine. Le coeur de la fibre est unimodal pour l'utilisation dans l'infrarouge proche (son diamètre est de 9 microns et son ouverture numérique de 0,12). La gaine interne est multimodale (son diamètre est de 105 microns et son ouverture numérique de 0,20). La lumière guidée par le coeur est transmise à 95 % dans une des branches du coupleur alors que le signal guidé par la gaine interne est statistiquement séparé dans les deux branches (40 % est transféré vers la seconde fibre du coupleur). En premier lieu, ce coupleur permet d'obtenir simultanément des images à partir des signaux unimodal et multimodal de 384 x 384 pixels en temps réel (26 images par secondes) en utilisant un laser à balayage en longueur d'onde à 1310 ± 40 nm. En comparaison avec un montage traditionnel utilisant une lame séparatrice, ce coupleur augmente le signal unimodal confocal détecté par un facteur 4 et le signal multimodal grand-champ par un facteur 2. Aussi, ce coupleur est plus robuste car moins sensible aux désalignements dus aux vibrations et aux transports que le montage utilisant une lame séparatrice en propagation libre. Le signal multimodal a un contraste de tavelure (speckle) réduit par un facteur 5. De plus, en utilisant un interféromètre de Mach-Zehnder dans le circuit unimodal, une reconstruction du profil tridimensionnel de l'échantillon est possible. En superposant le signal de réflectance multimodal avec le profil tridimensionnel de l'échantillon une reconstruction stéréoscopique est obtenue. Finalement, ce coupleur a été adapté à l'endomicroscopie confocale en effilant la fibre à l'entrée du bras d'imagerie dans le but de réduire l'aire de collection multimodale. Cette fibre effilée à double gaine intrinséquement achromatique est compatible avec le coupleur en fibre à double gaine et permet plusieurs modes d'illumination et de détection selon le Ratio Inverse d'Effilage (RIE). En choisissant le bon RIE, la réponse impulsionnelle d'un microscope confocal à encodage spectral peut être optimisée selon que l'on privilègie la résolution axiale, le rapport signal sur bruit ou la réduction du contraste de tavelure. En comparaison avec le signal unimodal, le signal multimodal a montré une réduction du contraste de tavelure par un facteur 3, une augmentation du signal par un facteur 5,5 tandis que le sectionnement optique a été augmenté que d'un facteur 1,7.

Abstract

Double-Clad Fibres (DCFs) are a promising technology for single fibre endoscopy as their two claddings enable different injection/collection modes. The fabrication of a passive achromatic Double-Clad Fibre Coupler (DCFC) is explained and demonstrated in this master's thesis. Its application to Spectrally Encoded Endoscopy (SEE) is shown in a spectrally encoded benchtop setup. This coupler is obtained by fusing and tapering two DCFs. The core of the DCF is Single-Mode (SM) in the near infrared (9 microns diameter, NA = 0.12) and the inner cladding is Multimode (MM) (105 micron diameter, NA = 0.20). The fundamental mode is kept in the same branch of the coupler (same bre) (transmission of 95 %) while the inner cladding modes are statistically separated in each branch (40 % is transmitted in the other fibre). First, this coupler is used to obtain simultaneously SM and MM SEE 384 x 384 images in real time (26 fps) with a rapidly wavelength swept laser at 1310 ± 40 nm. In comparison with a traditional beam-splitter approach, the coupler increases the collected confocal SM signal by a factor 4 and the wide-field MM signal by a factor 2. Additionally, the DCFC is less sensitive to misalignments due to vibrations and transportation than the free space beam-splitter approach. The MM signal has a speckle contrast 4.6 times lower than the confocal SM signal. Also, using an all-fibre Mach-Zehnder interferometer in the SM path, a stereoscopic reconstruction equivalent have been obtained by superimposing the MM reflectance signal with the interferometric 3D reconstruction. Moreover, a Double-Clad Tapered Fibre (DCTF) for confocal endomicroscopy is demonstrated. This inherently achromatic DCTF, compatible with the DCFC, allows many injection/ collection modes depending on the final Inverse Taper Ratio (ITR). The point spread function of a spectrally encoded confocal microscope is optimized with the proper ITR. Compared to the SM signal, the MM signal showed a 3 times reduction in speckle contrast and a 5.5 times increase in signal collection while only increasing the optical sectioning by a factor of 1.7.