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HOLOGRAPHIE

Divers cas d'intervention de l'optique cohérente ont été considérés dans les articles interférences lumineuses et lumière - Diffraction, ainsi que dans l'article optique - Images optiques. Pour les sources usuelles, dites « thermiques », la phase change de façon aléatoire, à des intervalles de temps très rapprochés, ce qui limite la cohérence temporelle entre ondes lumineuses issues d'un même point à des instants successifs ; la cohérence spatiale entre ondes émises à un même instant par des points voisins est également limitée (cf. optique - Optique cohérente). La possibilité d'observer des interférences et les conditions de formation des images dépendent du degré de cohérence des lumières utilisées. La réalisation des lasers, très supérieurs pour cela aux sources antérieurement disponibles, a accru l'intérêt de l'optique cohérente.

Les récepteurs de lumière, notamment l'œil et les émulsions photographiques, ne sont directement sensibles qu'à l'intensité des ondes qu'ils reçoivent ; ils ne perçoivent ou n'enregistrent pas leur phase. La découverte de l'holographie a permis d'éviter une telle perte d'information. Cette technique fait intervenir une superposition d'ondes diffractées par les objets étudiés et d'« ondes de référence » qui servent à repérer la phase des premières ; les unes et les autres doivent être suffisamment intenses et cohérentes, ce à quoi les lasers se sont prêtés au mieux.

L'emploi des hologrammes, très simple en principe, nécessite une expérimentation parfois délicate. Il a donné lieu à d'importantes applications : observation d'images en relief et en couleurs, études interférentielles en temps plus ou moins différé, amélioration de photographies, reconnaissance de formes, etc. Il a contribué largement aux développements actuels de l'optique.

Cohérence en optique

Sauf cas exceptionnels (émission stimulée des lasers, cf. lasers), la production de lumière par les atomes ou molécules se fait sous forme de trains d'ondes relativement brefs se succédant avec variation aléatoire de phase.

Ces sources permettent d'observer des interférences en utilisant des faisceaux issus d'un même point, divisés par exemple à l'aide d'une lame semi-transparente et semi-réfléchissante, ou encore grâce à une double réfraction, puis superposés après qu'ils ont parcouru des chemins différents.

Lorsque deux ondes monochromatiques, de même période, d'amplitudes S1 et S2 (S1 ≥ S2) et de phases ϕ1 et ϕ2, vibrant suivant la même direction, parviennent en un même point, au même instant, leur addition se fait vectoriellement, l'amplitude résultante variant selon la valeur de ϕ1 − ϕ2 : elle atteint S1 + S2 là où il y a accord de phase, et tombe à S1 − S2 là où il y a opposition de phase. Les phénomènes d'interférences qui en résultent sont stables tant que l'écart ϕ1 − ϕ2 n'est pas modifié : la lumière est cohérente dans la mesure où cette condition est satisfaite.

Ces interférences ne se produisent que pendant les intervalles de temps où les trains d'ondes arrivent simultanément, ce qui suppose que la différence de marche entre eux (nd, où n est l'indice de réfraction du milieu et d la distance parcourue dans ce milieu) est inférieure à leur longueur L. Cette longueur et, par suite, la durée de passage τ = L/c caractérisent donc la cohérence temporelle, dite aussi longitudinale, de la lumière utilisée (celle-ci est complètement incohérente dès que nd dépasse L). Les interférences, lorsqu'elles existent, se succèdent à la même place et sont donc perceptibles. Une source n'est jamais réduite à un point, mais, si elle est assez petite, ses divers atomes ou molécules donnent encore lieu à des effets[...]

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Écrit par

  • : directeur honoraire de l'Institut d'optique théorique et appliquée de Paris, professeur honoraire au Conservatoire national des arts et métiers
  • : agrégé de sciences physiques, docteur ès sciences, maître de conférences à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Dennis Gabor recevant le prix Nobel - crédits : Keystone/ Hulton Archive/ Getty Images

Dennis Gabor recevant le prix Nobel

Dennis Gabor - crédits : Keystone/ Hulton Archive/ Getty Images

Dennis Gabor

Hologramme : fonctionnement - crédits : Encyclopædia Universalis France

Hologramme : fonctionnement

Autres références

  • DÉCOUVERTE DE L'HOLOGRAPHIE

    • Écrit par Pascal MARTIN
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    • 1 média

    Alors qu'il s'efforçait d'améliorer la qualité des microscopes électroniques en privilégiant la phase et non l'amplitude de l'onde, Dennis Gabor (1900-1979) découvre le principe de l'holographie, ce qui lui vaudra le prix Nobel de physique en 1971. Cette technique...

  • GABOR DENNIS (1900-1979)

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    Né le 5 juin 1900 à Budapest (Hongrie), Dennis Gabor est le fils aîné du directeur d'une entreprise minière. Après des études d'ingénieur à la Technische Hochschule de Berlin, il s'oriente vers la physique appliquée et rejoint la compagnie Siemens et Halske, où il met au point la lampe à vapeur de...

  • OPTIQUE - Optique cohérente

    • Écrit par Michel HENRY
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    Parmi ces découvertes, la plus connue du grand public est sans contestel'holographie, méthode originale d'enregistrement des images, permettant d'en restituer le relief. Une autre, moins connue, mais également à l'origine d'un vaste éventail d'applications, est l'emploi de la granularité...

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