Contrast Mechanisms & Wavefront Control in Coherent Nonlinear Microscopy

This Thesis deals with theoretical and experimental aspects of coherent nonlinear microscopy, with a special attention given to contrast mechanisms in Third Harmonic Generation (THG) microscopy.Ce travail de thèse présente une étude théorique et expérimentale de la microscopie non-linéaire cohérente pour l’étude de systèmes biologiques.Dans un premier temps, nous avons étudié l’origine des signaux et les mécanismes de contrastes en microscopie non-linéaire cohérente. En particulier, nous avons analysé l’influence de la microstructure de l’échantillon sur le signal de troisième harmonique rayonné. Nous illustrons cette discussion par une étude sur les contrastes endogènes de la cornée humaine. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à diverses méthodes de contrôle de front d’onde afin de moduler le contraste des images. Nous avons effectué par une étude théorique du signal obtenus à l’aide de modes d’excitation spatiale non-Gaussiens, puis avons implémenté deux systèmes de modulation du front d’onde : un modulateur acousto-optique permettant d’obtenir une profondeur de champ étendue en microscopie par fluorescence excitée à deux photons, et un miroir déformable permettant d’effectuer une correction dynamique des aberrations en microscope par génération de troisième harmonique. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’application de la microscopie non-linéaire cohérente pour l’observation du développement précoce d’organismes modèles en embryologie: la drosophile et le poisson zèbre