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[...]