Tous les expérimentateurs, de l'étudiant au prix Nobel, savent combien il est difficile de produire des franges d'interférence. L'homme de la rue, lui, sait bien que ce n'est pas un phénomène d'observation courante. De la réflexion sur cet aspect particulier de l'optique, surtout depuis la fin du xixe siècle, s'est peu à peu dégagée la notion de cohérence, notion si féconde qu'elle aboutit en 1960 à la réalisation d'une source de lumière sans équivalent connu dans la nature, le laser.
1. Émission de la lumière
Nous pouvons donner la définition suivante de la cohérence : « Deux ondes lumineuses sont dites mutuellement cohérentes si elles donnent naissance à une figure d'interférences assez stable pour être détectée. »
Par extension, nous parlons d'un faisceau de lumière cohérente, s'il est séparable en deux ondes mutuellement cohérentes. À l'opposé, deux ondes qui ne peuvent pas donner naissance à des interférences stables sont dites incohérentes entre elles. Il est bon de noter tout de suite le flou de la définition, flou qui se borne en fait à constater un phénomène bien banal : la variation de qualité d'une figure d'interférences à la suivante ou, si l'on préfère, l'existence de « bonnes » ou de « médiocres » franges d'interférence. La cohérence se manifeste à des degrés divers, passant continûment de l'incohérence totale à la cohérence parfaite.
Pour préciser la notion de cohérence, et voir dans quelles conditions une source de lumière émet des ondes cohérentes, nous devons revenir sur le processus d'émission par les milieux matériels. Dans les sources usuelles, dites sources thermiques, le mode dominant est l'émission spontanée. Les électrons périphériques des atomes sont portés à des niveaux d'énergie élevés, par absorption d'énergie thermique ou électrique. Revenant à un niveau inférieur, ils restituent l'énergie sous forme d'un train d'ondes de courte durée, de l'ordre de la nanoseconde (10-9 s). Le point important pour ce qui nous occupe est l'indépendance des trains d'ondes successifs : d'un at […]
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