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RÉSUMÉ
Après une brève introduction théorique des caractéristiques des faisceaux gaussiens, cet article décrit l’évolution de ces faisceaux à travers un dispositif optique (système centré). Une linéarisation du formalisme des faisceaux gaussiens introduit l’outil matriciel afin d’exploiter rapidement la loi des rayons de courbure. Divers exemples (évolution en espace libre, focalisation par une lentille, agrandisseur de faisceau) sont ensuite proposés pour traiter ce formalisme matriciel à travers cette loi des rayons de courbure. Des applications (photothérapie, microscopie, pince optique) et une mise en lumière du potentiel des beamlets gaussiens terminent cet article.
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After short theoretical introduction on Gaussian beams characteristics, this article describes their behaviour through an optical device (centred systems). Linearisation of the Gaussian beam formalism introduces matrix tool in order to quickly exploit the law of curvature radii. Various examples (free space propagation, focusing by a lens, beam enlarger) are therefore offered to process the matrix formalism through this law of curvature radii. Applications (phototherapy, microscopy, optical tweezer) and highlighting of the capacity of Gaussian beamlets end this article.
Auteur(s)
-
Christophe LABBÉ : Maître de conférences à l’Université de Caen - Normandie Univ, UNICAEN, IUT de Caen, Département Mesures Physiques, Caen, France - Normandie Univ, ENSICAEN, UNICAEN, CEA, CNRS, CIMAP, Caen, France
-
Benoît PLANCOULAINE : Maître de conférences à l’Université de Caen - Normandie Univ, UNICAEN, IUT de Caen, Département Mesures Physiques, Caen, France - Normandie Univ, UNICAEN, INSERM, ANTICIPE, Caen, France - Faculty of Medecine, Vilnius University, Vilnius, Lituanie
INTRODUCTION
Un premier article [E 4 042] introduit la topologie des faisceaux gaussiens sur le plan à la fois transversal et longitudinal. Les techniques expérimentales d’analyse de ces faisceaux sont abordées afin d’en déduire leurs caractéristiques physiques.
La première partie de cet article, après reprise de quelques formules théoriques de l’article [E 4 042], évoque la modification des caractéristiques d’un faisceau gaussien à travers une lentille fine biconvexe via son agrandissement. Ensuite, l’optique linéaire, avec le formalisme des matrices de transfert, est brièvement rappelée, afin d’étendre cette théorie aux faisceaux gaussiens pour une lentille fine biconvexe, puis aux systèmes optiques centrés par le biais de leurs points principaux. La loi « abcd » des rayons de courbure complexe est ainsi abordée et exploitée à l’aide d’exemples d’applications simples au moyen de lentilles convexes. Cette loi est ensuite étendue pour la conception de cavités résonantes linéaires stables.
La deuxième partie aborde quelques applications de faisceau gaussien tels la photothérapie dynamique laser, le microscope à feuille de lumière et la pince optique, tous trois permettant une interaction entre des faisceaux gaussiens et le milieu biologique.
En dernière partie, le développement des beamlets, signal élémentaire associé à un rayon lumineux, permet d’aborder principalement deux applications après une petite introduction théorique, l’une décrivant la propagation d’un faisceau lumineux à travers un dispositif optique exploitée par des logiciels de tracé de rayons, et l’autre proposant un algorithme de filtrage adaptatif basé sur les coefficients de la série de Gabor pour du traitement d’images.
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MOTS-CLÉS
optique matricielle faisceau gaussien laser beamlet pince optique microscope à feuille de lumière
KEYWORDS
optical matrix | gaussian beams | laser | beamlet | optical tweezer | light sheet microscope
DOI (Digital Object Identifier)
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Symboles
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5. Glossaire
rayon de gorge ; waist
Anglicisme couramment utilisé signifiant « col » (étranglement) du faisceau.
lentille fine ; tiny lens
Lentille d’épaisseur faible devant la différence de ses deux rayons de courbure.
optique paraxiale ; paraxial optics
Optique des dispositifs optiques centrés pour laquelle les rayons lumineux restent au voisinage de l’axe optique.
matrice de transfert ; transfer matrix
Matrice à deux dimensions donnant les coordonnées d’un rayon lumineux à la sortie à partir de celles à l’entrée d’un dispositif optique.
laser ; laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Dispositif d’amplification de la lumière par émission stimulée de radiation.
texture ; texture
En histologie, entrelacement de fibres soutenant les différents composants d’un tissu biologique.
auto-fluorescence : autofluorescence
Émission naturelle de lumière par des structures biologiques sous absorption de lumière.
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DIENEROWITZ (M.) - Gaussian Beams. - Single-Molecule Microscopy Group, university of Jena.
-
(2) - BLIN (S.) - Composants optoélectroniques (FMEE142 – Lasers). - Institut d’électronique du Sud, Université Montpellier 2.
-
(3) - BORN (M.), WOLF (E.) - Principle of Optics. - Book, 6th edition, Pergamon Press, Inc. (1980).
-
(4) - KOSTENBAUDER (A.G.) - Ray-pulse matrices : a simple formulation for dispersive optical systems. - Proc. SPIE 1209, Picosecond and Femtosecond Spectroscopy from Laboratory to Real World (1990).
-
(5) - KOGELNIK (H.) - Imaging of Optical Modes – Resonators with Internal Lenses. - Bell Sys. Tech. J., 44(3) : p. 455-494 (1965).
-
(6) - SCHOWB (C.), JULIEN (L.) - Le...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Ray tracing de la société ZEMax :
https://www.zemax.com (OpticStudio).
Initiation à opticStudio :
Ray tracing de la société SynopSys :
https://www.synopsys.com/optical-solutions/codev.html (Code V)
Ray tracing de la société Lambda :
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