Institut Fresnel

Offre de stage : Plasmonic-enhanced single photon source from nano-optically trapped diamond NV center

La nanophotonique ouvre une voie puissante pour manipuler des nano-objets et surmonter les limites des pinces optiques conventionnelles.

Les limites des pinces optiques classiques. Grâce aux nanoantennes optiques plasmoniques, des gradients de champ électromagnétique intenses peuvent être générés à l’échelle nanométrique, ce qui permet de piéger efficacement des objets à l’échelle nanométrique d’objets nanométriques qui seraient autrement trop petits ou trop transparents pour être manipulés à l’aide de pinces optiques limitées par la
diffraction manipuler à l’aide de pinces optiques limitées par la diffraction.

Lieu de stage : Institut Fresnel
Equipe : MOSAIC
Responsable de stage : Jérome Wenger

Offre de stage : UV autofluorescence microscopy

Ce projet vise à utiliser la propriété d’autofluorescence naturelle des protéines dans les cellules pour réaliser des travaux de
microscopie optique. Cela permettra d’imager des bio-échantillons sans introduire de colorant ou de marqueur externe (colorant, molécule fluorescente, point quantique...).
colorant ou de marquage (colorant, molécule fluorescente, point quantique...) et de fournir un nouveau moyen d’observer les tissus cellulaires et les filaments biomoléculaires et de fournir une nouvelle façon d’observer les tissus cellulaires et les filaments biomoléculaires.

 Lieu de stage : Institut Fresnel
 Equipe : MOSAIC
 Responsable de stage :Jérome Wenger

Méthodes d’intelligence artificielle pour la classification : postures de la main, posture du haut du corps, panneaux de signalisation routière

Projet Alternance Recherche École Centrale

Lieu d’activité : Institut Fresnel
Responsables : J. MAROT M. ZERRAD
Équipe : GSM - CONCEPT

Développement de techniques innovantes de micro-usinage laser.

ALTERNANCE 1A

Le sujet proposé se situe dans le domaine de la physique et consiste à
participer aux développements, menés au sein de l’Institut Fresnel, de
techniques de micro-usinage laser.

Lieu d’activité : Institut Fresnel
Responsable : Laurent GALLAIS
Équipe : ILM

Extraction de paramètres magneto-diélectriques en cavité

Stage Master

Résumé : L’objectif du stage est de mettre en place une suite logicielle (en Python) qui permettra de faire le lien entre les différents modes de la cavité, le coefficient de qualité et la permittivité et perméabilité du matériau. Cette suite logicielle sera basée sur des formulations analytiques décrivant les modes TM et TE présents dans la cavité métallique. Les pertes dans les parois métalliques devront également être prises en compte.

Responsables de stage : Amélie Litman
Équipe : HIPE

Lieu principal d’activité : Institut Fresnel
Collaboration : CEA Le Ripault
Durée : Flexible

Light control in a looping multimode fiber

MASTER Internship

The study of light propagation in disordered materials - such as biological tissues, layers of paint, fog or multimode fibers – has strongly attracted the attention of the optics community during the past decades. When light propagates in such complex systems, light is scattered by the heterogeneities of the medium and all the information carried by light seems to be lost. For example, it is impossible to see through a dense fog because light is multiply scattered by the water droplets. When a coherent light beam propagates through such a medium, it yields a complex, seemingly random interference pattern, a so-called speckle pattern.
However, it has been recently demonstrated that the distortions induced by scattering can be pre-compensated by shaping the optical wavefront before propagation in the complex medium. For example, light can be focused through an opaque layer of paint and objects hidden behind scattering media can be imaged. Recently, these novel techniques have been used to control light propagation through multimode fibers. Similarly to the case of a scattering medium, light propagates in a multimode fiber following different optical paths. The propagation modes of the fiber then accumulate different phase retardations, and recombine in an uncontrolled way, yielding a speckle pattern at the output of the fiber. By pre-compensating this mixing process with light shaping techniques, such systems are expected to play an important role for imaging or communication purposes.
The internship project we propose aims at studying and controlling light propagation in multimode fibers in a specific configuration, called the "fiber loop" configuration. In this configuration, light propagates through a bended multimode fiber where a part of the output light is directly re-injected in its input. Light collected at the output is then composed of photons that has performed different numbers of fiber loops.
The main objectives on the internship is to develop the experimental setup and use light shaping techniques to control light propagation in the system. The student will be working on experimental optical setups. Programming skills and a strong background in experimental optics are required. This project has been carefully designed to enable the student to progress step-by-step with some intermediate goals to reach.

Place : Institut Fresnel, MOSAIC group

Time : Flexible duration of the internship (> 3 months) & flexible period

Supervisor : thomas.chaigne@fresnel.fr

Fluorescence lensless endoscopy using image-guided wavefront shaping

MASTER Internship

Research Program :
Non-invasive deep tissue optical imaging is a challenging task in biomedical applications. Light scattering, due to inhomogeneities in the optical refractive index, limits the reach of these techniques to less than a millimeter below tissue surface. Minimally invasive techniques such as endoscopy have been developed to increase the reach of optical imaging while leaving biological tissue as intact as possible. Most of these techniques require nonetheless bulky optical elements at the distal tip of the optical fiber that will be inserted in tissue.
To further reduce this spatial footprint, lensless endoscopy has been developed. Both multimode fibers and multicore fiber bundles (multiple single mode fiber cores inside a common cladding) have been used for this purpose, but the latter exhibits some features that can be beneficial in some practical scenarios, including low coupling between cores and large isoplanetic angular range. When light propagates through such a waveguide, each core accumulate a given phase delay, which can be pre-compensated by mean of a spatial light modulator. Advanced control on the input wavefront allows then for point scanning or widefield imaging of objects placed in front of the distal tip. These phase delays however need to be measured in a preliminary calibration step, which requires either the presence of a so-called guide-star (i.e. a point-like object lying inside the tissue) or to directly access the distal tip of the fiber in the first place. This calibration is sensitive to the curvature of the fiber, and remains valid only within a given range. Repeated calibration steps are then necessary to compensate for fiber bending, which can be very time consuming in real-life applications.
A new framework has recently been proposed to get rid of this calibration. By shaping the incoherent light that is coming from the object through the multicore fiber bundle, one is able to reconstruct this object through the optimization of an image-based metric. This does not require any access to the distal side of the fiber, nor the presence of guide stars inside tissue. During this internship, the student will build on this framework and adapt it to perform for the first time calibration-free widefield linear fluorescence imaging through a multicore fiber bundle. It will involve experimental optics as well as computational image reconstruction.

Place : Institut Fresnel, MOSAIC group

Time : Flexible duration of the internship (> 3 months) & flexible period

Supervisor : thomas.chaigne@fresnel.fr

Photoacoustic imaging of neuronal activity in mice

MASTER Internship

Research program :
The study of large scale neuronal circuits throughout the brain is currently one of the biggest challenge in neurobiology. Non invasive imaging of neuronal activity with single cell resolution is however currently limited to shallow depths, due to prominent light scattering beyond one millimeter. Photoacoustic imaging, a fascinating technique relying on ultrasound generation upon the absorption of a light pulse, has been developed to overcome this issue, enabling to probe optical absorption contrast at large depths in biological tissue.
The project aims at developing an all-optical photoacoustic imaging setup to non-invasively access neuronal activity at large depths (> 2 mm) in the mouse brain.
To provide a sufficient detection bandwidth and hence achieve quasi cellular resolution, the acoustic field will be optically detected using custom-made Fabry-Pérot cavities. Wide-field interrogation strategies will be investigated to yield the high temporal resolution required for neuronal activity imaging. We will apply these techniques to perform calcium imaging in mice.

Collaborations : As dealing with advanced optical fabrication and neurobiology, this project will be carried out in close collaboration with other groups from Marseille (RCMO group at Fresnel Institute, Cossart group at Inmed).

Place : Institut Fresnel (host Lab) & INMED, Marseille

Time : Flexible duration of the internship (> 3 months) & flexible period

Supervisor : thomas.chaigne@fresnel.fr

Développements de procédés laser CO2 pour le microusinage de verres

Contexte scientifique

Le traitement au laser CO2 du verre est utilisé dans de nombreuses applications scientifiques et industrielles, telles que la découpe ou le perçage, le micro-usinage pour la fabrication de composants optiques, le polissage de composants micro-optiques, la production d’optiques free-forms et la génération de structures holographiques. … Toutes ces applications profitent de la puissance élevée disponible pour ce type de laser et du coefficient d’absorption élevé de la silice à la longueur d’onde laser correspondante.

Sujet

La physique des modifications du verre par irradiation laser au CO2 dépend principalement de procédés thermiques, qui peuvent avoir des effets néfastes tels que les contraintes thermomécaniques résiduelles. Un nouveau processus basé sur une micro-ablation rapide a été développé à l’Institut Fresnel en collaboration avec le CEA. Dans le cadre de ce stage, nous souhaitons explorer les applications possibles dans le domaine de la fabrication de composants optiques : le polissage laser, le micro-usinage laser,… Ce travail implique des expériences avec l’utilisation de lasers de forte puissance et des simulations numériques des interactions de laser / verre.

Lieu : Institut Fresnel, Marseille
References : http://www.fresnel.fr/perso/gallais/
Contact : laurent.gallais@fresnel.fr

Internship in Biomedical Optics Non invasive glucose sensing

Advisors  : Dr. Anabela Da Silva
Tel +33 4 91 28 84 82
E-mail anabela.dasilva@fresnel.fr
Group DiMABio, Institut Fresnel
Address Institut Fresnel, Av Escadrille Normandie-Niémen, 13397 Marseille Cedex 20

Applications are invited for an internship in Biomedical Optics at the Institut Fresnel, University of Aix-Marseille, France. Persons with a combination of experimental and theoretical skills with good computational background are particularly encouraged to apply.

 Background : As an alternative to the conventional biomedical imaging modalities such as X-Ray CT, MRI, PET, SPECT, etc., optical methods, such as diffuse optical tomography (DOT), are attracting significant attention in the contemporary biomedical research due to their non-invasive nature and sensitivity to the physiologically-important contrast that is not easily accessible with other approaches. Optical parameters of tissues are intrinsic biomarkers that provide information on metabolism and physiology of tissues and organs. Diffuse optical techniques can be used to image vascularization, hemodynamic parameters, and oxygen saturation, in the so-called “therapeutic window” (600-900 nm). Typical applications involve breast and brain imaging. The main drawback of DOT is that biological tissues are highly scattering in the spectral window of interest. This requires utilization of complex mathematical models of light propagation in tissues. In the present collaborative project, we are interested in optical monitoring of glucose in order to develop a method for non invasive monitoring of diabetic patients. An innovative wearable detector has been developed by our partner and is to be tested.

 Research program :
 To perform demonstrative tests with the wearable detector in order to evaluate in vivo feasibility.
 To perform experiments in vitro and in tissues ex vivo.
 To solve the inverse problem with developed reconstruction softwares based on the modeling of polarized light propagation through biological tissues (Monte Carlo simulations) in order to retrieve quantitative information on the physiology of the tissues (glucose concentration).

Stage Ingénieur Master - Flash Laser

Contexte scientifique

L’Institut Fresnel et le CEA de Cadarache (Département d’Etude des Combustibles) développent depuis années un ensemble de moyens expérimentaux permettant d’étudier le comportement de matériaux à haute température sur la base de techniques de chauffage laser. Cette collaboration a abouti à la mise en place d’une plateforme expérimentale nommée CHAUCOLASE (Chauffage Contrôlé par Laser), basée à l’Institut Fresnel, permettant de développer et tester des concepts et techniques avant leur transfert au CEA pour la mise en application sur des combustibles nucléaires. Il est proposé au cours de ce stage de développer une méthode de mesure de propriétés thermiques de matériaux basée sur la méthode dite de « Flash Laser ». Cette méthode est particulièrement appropriée pour effectuer des mesures sans-contact dans des environnements hostiles.

Sujet

La méthode a pour principe de mesurer le temps de transfert d’un flux de chaleur apporté par une impulsion laser sur un échantillon. A partir d’un modèle numérique et des mesures de l’évolution de température en fonction du temps, il est possible d’extraire les propriétés thermiques du matériau telles que la diffusivité et la conductivité. En collaboration étroite avec les scientifiques du CEA, il sera demandé à l’étudiant de proposer une configuration expérimentale sur la base de l’état de l’art de la technique, de mettre en place un modèle numérique (sous le logiciel COMSOL) et d’effectuer une preuve de principe en travaillant sur un matériau de propriétés connues. Ce stage implique des expériences avec l’utilisation de lasers de forte puissance et des simulations numériques des interactions de laser / matière.

Lieu : Institut Fresnel, Marseille
References : http://www.fresnel.fr/perso/gallais/
Contact : laurent.gallais@fresnel.fr

Développement et d’adaptation d’outils d’imagerie pour sonder les petits corps du système solaire

Résumé :
Ce stage vise à adapter les approches d’imagerie en introduisant de l’information a priori dans les algorithmes d’inversion pour imager les petits corps du système solaire.

Equipe :
HIPE

Responsable :
Christelle EYRAUD

Caractérisation d’un petit astéroïde par des approches d’imagerie électromagnétique.

Résumé :
Ce stage vise à adapter les approches d’imagerie pour imager un petit astéroïde.

Equipe :
HIPE

Responsable :
Christelle EYRAUD

Analyse non invasive de la composition du disque intervertébral par sondage photoacoustique

Résumé :
Stage pluridisciplinaire à l’interface entre la médecine, la mécanique et l’optique, dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut Fresnel et l’IRPHE (CNRS/AMU/Centrale Marseille)

Responsables :
Anabela Da Silva / Olivier Boiron

Equipe :
DIMABIO

Comment caractériser précisément les grandeurs diélectriques de tissus ou milieux biologique ? Vers des applications relatives à des preuves de concepts d’outils de diagnostics biomédicaux.

Résumé :
Nouvelles techniques de caractérisation électromagnétiques de matériaux biologiques pour des applications liées au diagnostic biomédical.

Responsable :
Pierre SABOUROUX

Equipe :
HIPE

Optique pour le Biomédical : Outils de modélisation optique pour déterminer les propriétés d’entrée dans les coupes cérébrales aiguës

Résumé :
Stage pluridisciplinaire à l’interface entre les neurosciences et l’optique, dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut Fresnel (CNRS/AMU) et l’UNIS (Unité de Neurobiologie des canaux Ioniques et de la Synapse, INSERM/AMU)

Responsables :
Anabela DA SILVA et Païkan ARCAGGI

Equipe :
DIMABIO

Chauffage de combustibles nucléaire par laser : application pour les études de sureté des réacteurs

Résumé :
En collaboration entre le CEA et l’Institut Fresnel, l’objectif du stage est de participer à des développements expérimentaux visant à mettre en place une plateforme laser au CEA pour l’étude de matériaux nucléaires soumis à des sollicitations thermiques extrêmes.

Responsable(s) : Yves Pontillon (CEA), Laurent Gallais(IF)

Equipe : ILM

Développements de procédés laser CO2 pour le microusinage de verres

Résumé :

Travail à dominante expérimentale impliquant l’utilisation de lasers de forte puissance et des simulations numériques des interactions de laser / verre pour interpréter et analyser les résultats

Superviseur : Laurent GALLAIS

Equipe : ILM

Microscopie optique bi-modale super-résolue, fluorescence et diffraction, pour l’imagerie de surface appliquée à l’étude des membranes cellulaires

Résumé :

L’objectif est de développer un microscope optique avec une résolution inférieure à 100 nm capable d’imager simultanément des fluorophores (images fonctionnelles) et une carte d’indice de réfraction (images structurales) pour étudier la membrane cellulaire.

Superviseurs : Anne SENTENAC - Guillaume Maire (optical instrumentation and inversion) et Maia Brunstein (collaboration biologie Paris Descartes)

Équipe : SEMO

Etude de la diffraction d’ondes évanescentes pour des applications aux cellules photovoltaïques et au contrôle des matériaux

supervisor : Jean-Michel GEFFRIN and Amélie LITMAN

Optical Spectroscopy of Single Particles in Levitation

supervisor : Nicolas Bonod and Johann Berthelot

Développement d’un dispositif microndes de mesure de champs électromagnétiques

supervisors : Christelle EYRAUD

Imagerie de la structure d’un analogue de la comète 67P/TG

supervisors : Christelle EYRAUD

Second Harmonic generation in cavity resonator integrated grating filters (CRIGF)

Evgeni POPOV and Anne-Laure FEHREMBACH

Second Harmonic generation in cavity resonator integrated grating filters (CRIGF)

Evgeni POPOV and Anne-Laure FEHREMBACH

Mécanique, croissance et morphogénèse

Responsable : Loïc Le Goff (CR1 CNRS), loic.le‐goff@univ‐amu.fr

Études en diffusion des exaltations optiques géantes dans des empilements multidiélectriques

Aude Lereu et Myriam Zerrad, équipe CONCEPT