• Skip to primary navigation
  • Skip to main content
  • Skip to primary sidebar
  • Directory
  • Training
  • Contact
  • Fr
  • En
Institut Fresnel

Institut Fresnel

Recherche et innovation en photonique

  • The Institute
    • Editorial
    • Presentation
    • Organization
    • Teams
    • Our sponsors
    • Students
  • Research
    • Our themes
    • European projects
  • Partnerships
    • Common laboratories
    • Chairs
    • Partners
    • Networks
    • Instituts ets AMU
  • Recruitment
    • Thesis offers
    • CDD – Post-Doc offers
    • Internships and work-study programs
    • Employment campaign
    • Internship form
  • Facilities
  • Publications
    • Patents
    • Thesis
    • Publications
    • Press review
    • Books & E-books
    • Highlights
  • Events
Home
The Institute
Teams
Mosaic
Research topics All-optical photoacoustic imaging

All-optical photoacoustic imaging

Principal investigator : Thomas Chaigne

More on Thomas Chaigne research

Photoacoustic tomography is a biomedical imaging technique that uses laser-induced ultrasound waves to probe optical absorption deep (> 1 mm) inside scattering biological tissue.

To generate an image, pulsed light illuminates the tissue sample. Embedded dark structures, such as blood vessels, will absorb energy and heat up briefly. This transient temperature rise is transformed into a pressure wave through thermo-elastic effect. The ultrasound wave can then propagate through soft tissue with minimal scattering, and can therefore be detected at the tissue surface.

Figure 1: Photoacoustic imaging provides optical absorption contrast at large depth (>1mm) in highly scattering tissue. Optical detection of ultrasound provides larger bandwidth and increased sensitivity at high frequencies, as compared to piezoelectric sensors.

 

We develop optical sensors of ultrasound based on Fabry-Perot cavities with a polymer sensing layer. These sensors exhibit a broad bandwidth than conventional piezoelectric probes, offering a higher spatial resolution (down to 10 µm). We design and fabricate them in collaboration with the RCMO group and the Micro-electronics center of Provence.

So we not only generate sound with light, but we also measure sound with light. How does it work? Thanks to optical interferences in the resonant optical sensor, the reflectivity exhibits some minima. As the positions of these minima are linked to the sensor thickness, they will be slightly shifted when ultrasound waves propagate through the sensor.

Figure 2: (top) How to measure ultrasound with light, (bottom) Acquisition scheme: an interrogation beam scans the sensor surface, and a fast photodetector records the modulated reflected intensity at each point. A 3D image is reconstructed from the measured 2D acoustic field over time.

 

Since our sensors are ultrathin to maximize detection bandwidth, they are highly sensitive to thickness variations in the polymer layer introduced during fabrication. A conventional system compensates for this by tuning a narrowband laser source at each measurement point, but this approach is slow and limits temporal resolution. But this turns out to be very time consuming and therefore strongly limits the temporal resolution. To address this, we implemented a fast optical interrogation strategy to compensates for fabrication tolerances while maintaining a high frame rate [Saucourt 2023].

Figure 3: Photoacoustic images of 20 µm nylon wires, with (right) and without (left) compensation for thickness inhomogeneities.

 

To further increase the temporal resolution, we design new compressive image acquisition and reconstruction strategies in collaboration with the Comix group. These leverage the spatio-temporal properties of the targeted objects to reduce the amount of measurements required.

On top of instrumentation developments, we apply photoacoustic imaging for biology, with a particular focus on neuronal activity imaging. We collaborate closely with local neurobiology groups at Inmed and INT.

Figure 4: (left) Experimental system applied to a human subject, (right) Photoacoustic image of blood vessels (and sub-cutaneous hair) in human forearm (The PI’s arm!).

sidebar

mosaic
  • Mosaic
  • Research topics
  • Members
  • Publications
  • Partners
  • Job offers
  • Contact
  • LinkedIn
  • Google Scholar
  • Instagram
  • Youtube
  • Bluesky
  • ResearchGate
  • Intranet
INSTITUT FRESNEL
Faculté des Sciences - Avenue Escadrille Normandie-Niémen - 13397 MARSEILLE CEDEX

Copyright © 2025 · Politique de confidentialité · Mentions Légales · Politique des cookies · Crédits · Site map

Gérer le consentement
Pour offrir les meilleures expériences, nous utilisons des technologies telles que les cookies pour stocker et/ou accéder aux informations des appareils. Le fait de consentir à ces technologies nous permettra de traiter des données telles que le comportement de navigation ou les ID uniques sur ce site. Le fait de ne pas consentir ou de retirer son consentement peut avoir un effet négatif sur certaines caractéristiques et fonctions.
Fonctionnel Always active
L’accès ou le stockage technique est strictement nécessaire dans la finalité d’intérêt légitime de permettre l’utilisation d’un service spécifique explicitement demandé par l’abonné ou l’utilisateur, ou dans le seul but d’effectuer la transmission d’une communication sur un réseau de communications électroniques.
Préférences
L’accès ou le stockage technique est nécessaire dans la finalité d’intérêt légitime de stocker des préférences qui ne sont pas demandées par l’abonné ou l’internaute.
Statistiques
Le stockage ou l’accès technique qui est utilisé exclusivement à des fins statistiques. Le stockage ou l’accès technique qui est utilisé exclusivement dans des finalités statistiques anonymes. En l’absence d’une assignation à comparaître, d’une conformité volontaire de la part de votre fournisseur d’accès à internet ou d’enregistrements supplémentaires provenant d’une tierce partie, les informations stockées ou extraites à cette seule fin ne peuvent généralement pas être utilisées pour vous identifier.
Marketing
L’accès ou le stockage technique est nécessaire pour créer des profils d’internautes afin d’envoyer des publicités, ou pour suivre l’utilisateur sur un site web ou sur plusieurs sites web ayant des finalités marketing similaires.
Manage options Manage services Manage {vendor_count} vendors Read more about these purposes
Voir les préférences
{title} {title} {title}