Patrick Kilcullen

Patrick Kilcullen
Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 2023
Centre Énergie Matériaux Télécommunications 
Direction : Jinyang Liang

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Soutenance de thèse de Patrick Kilcullen : « Développement et applications d'une plateforme d'imagerie mono-pixel pour l'imagerie tridimensionnelle, en temps réel, à ultra-haute vitesse et en térahertz »

Depuis son entrée au Centre EMT de l'INRS en 2018, Patrick s'est engagé à apporter de l'innovation dans le domaine de l'imagerie à pixel unique. En décembre 2022, les principaux résultats de sa recherche doctorale ont été publiés dans Nature Communications, mettant en lumière une méthode économique d'imagerie à un seul pixel pour l'imagerie à très haute vitesse et en temps réel : des capacités jusqu'alors inconnues. Par suite de cette percée, Patrick s'est engagé à appliquer sa technique dans des domaines aussi nouveaux que variés, tout particulièrement en imagerie tridimensionnelle et térahertz constituant la base de sa thèse.

Qu'est-ce qui vous a amené à l'INRS et que retirez-vous de votre expérience?

Ce qui m'a amené à l'INRS, c'est un lien personnel avec un superviseur que j'avais dans mon ancienne université où j'ai obtenu ma maîtrise (UNBC, Prince George, BC). Ce lien m'a conduit en 2017 à être présenté à l'un de mes co-superviseurs, le Dr. Tsuneyuki Ozaki, qui, dès le début du processus de candidature, a fait entrer en scène mon autre co-superviseur, le Dr. Jinyang Liang. J'ai été immédiatement impressionnée par les idées que Tsuneyuki et Jinyang m'ont proposées, car elles correspondaient bien au sujet de recherche que j'avais entamé pendant ma maîtrise. Cependant, j'ai dû prendre une décision importante, car à ce moment-là, j'avais également reçu une offre pour étudier au sein d'un groupe de recherche de premier plan à l'Université McGill.

Pouvez-vous décrire le défi et l'impact de la recherche présentée dans votre thèse de doctorat ?
Ma thèse contribue à un domaine appelé "imagerie computationnelle" qui couvre une très large gamme de techniques expérimentales combinant des algorithmes computationnels avec des éléments optiques qui peuvent transmettre des codes et des transformations déterministes à la lumière. La combinaison de ces ingrédients permet à la technologie de l'imagerie d'avoir des capacités qui dépassent de loin celles des caméras et des microscopes conventionnels. Dans mon cas, j'ai étudié une technique spéciale appelée "imagerie à pixel unique" qui est importante parce qu'elle élimine la nécessité d'un capteur 2D pour prendre des images 2D. Cette technique est importante pour de nombreux domaines scientifiques qui visent à étudier des phénomènes, généralement en dehors du spectre visible, pour lesquels il n'existe pas de capteurs 2D du type approprié pour l'observation. Généraliser un capteur 0D (c'est-à-dire à point unique) pour créer et fabriquer une version 2D peut souvent s'avérer excessivement difficile ou coûteux. L'imagerie monopixel élimine cet obstacle car elle est spécifiquement conçue pour fonctionner avec des capteurs 0D, d'où son nom (certes assez oxymorique !).

La contribution spécifique de ma propre thèse a été la construction de ce qui est actuellement le système d'imagerie à un seul pixel le plus rapide au monde. Il est très flexible, c'est pourquoi j'ai tendance à le considérer davantage comme une conception de "plate-forme" qui pourrait être modifiée pour répondre à de nombreux besoins. Je pense qu'il est passionnant parce que, pour la première fois, il permet une sortie vidéo monopixel en temps réel, atteignant 100 images par seconde. Il peut également réaliser des films à haute vitesse à un seul pixel, jusqu'à 12 000 images par seconde, jusqu'à présent. Je pense que cette technique est promise à un bel avenir car elle est compatible avec de nombreuses applications telles que la science des térahertz et l'imagerie infrarouge, elle peut être construite à partir de pièces disponibles sur le marché et, grâce à des composants personnalisés, ses performances pourraient facilement être améliorées de plus d'un ordre de grandeur.

Que signifie pour vous l'obtention de ce prix ?
Ce prix signifie que le succès n'est pas lié à la taille d'une institution académique. Ce qui compte, ce sont les personnes qui vous entourent. J'ai eu la chance inouïe de bénéficier non seulement de l'encadrement de deux excellents scientifiques, mais aussi du soutien et de l'amitié de toute une série d'excellents scientifiques en herbe. Personnellement, ce prix signifie également une fin très heureuse de mon parcours académique qui m'a conduit dans un endroit très éloigné de chez moi.

Quelle est votre prochaine étape, maintenant que vous avez obtenu votre diplôme ?
Je suis actuellement post-doctorant à l'INRS-EMT, et je travaille toujours en étroite collaboration avec les groupes des docteurs Ozaki et Liang. Ces jours-ci, mon travail est principalement axé sur l'approfondissement du résultat principal de ma thèse, la recherche d'applications pour l'imagerie à haute vitesse et en temps réel d'un seul pixel, ainsi que d'autres sujets dans le domaine de l'imagerie computationnelle.