INTERFÉRENCES LUMINEUSES

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Interférométrie par granularité (« speckle »)

La granularité

Faisons traverser un verre dépoli par une onde lumineuse cohérente (ou réfléchissons-la par une surface rugueuse). Chaque point du verre dépoli se comporte, d'après le principe de Huygens-Fresnel, comme une source secondaire de lumière. Les vibrations issues de ces sources peuvent interférer, mais la traversée du dépoli leur a communiqué des différences de marche variant au hasard. La figure d'interférence observée est elle aussi aléatoire. Elle est constituée de points lumineux sur fond sombre car la probabilité d'une interférence constructive est assez faible. Cette structure particulière porte le nom de granularité, ou bien celui de « speckle », d'origine anglo-saxonne.

Double granularité

Dessin : Double granularité

Enregistrement d'une double granularité (a) et production de franges d'interférences par cette double granularité (b). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Il est possible d'enregistrer la granularité sur une plaque photographique à grain fin. Après traitement, celle-ci se comporte comme un verre dépoli. Il est ainsi possible d'engendrer des figures de granularité rigoureusement identiques, ce qui est souvent commode.

Expérience de Burch et Tokarski

C'est l'expérience fondamentale de l'interférométrie par granularité, dont dérivent toutes les applications. À l'aide d'un faisceau laser et d'un diffuseur, formons une figure de granularité sur une plaque photographique. Après enregistrement et sans rien changer d'autre au montage, déplaçons latéralement la plaque d'une distance d de l'ordre d'une fraction de millimètre, puis enregistrons à nouveau la granularité. Après traitement, la plaque montre une double granularité dont les grains homologues sont distants de d.

Double granularité

Dessin : Double granularité

Enregistrement d'une double granularité (a) et production de franges d'interférences par cette double granularité (b). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Éclairons cette plaque par un faisceau de lumière parallèle. À l'infini ou, ce qui revient au même, dans le plan focal image d'un objectif nous observons des franges d'interférences à deux ondes. Comment interpréter ces franges ? Chaque paire de grains se comporte comme deux trous de Young et donne naissance à des franges. Les couples de grains étant similaires, les franges sont identiques, et se superposent exactement. En outre, les paires étant réparties aléatoirement dans le plan de la plaque, tout se passe comme si les ondes qu'ils émettent étaient incohérentes ; les divers systèmes de franges se superposent en intensité.

Il résulte des relations (10) et (11) que l'interfrange est donné par i = λ/d où λ est la longueur d'onde de la lumière utilisée, f la distance focale de l'objectif et d le déplacement de la plaque photographique. Par ailleurs, ces relations supposent que les deux grains d'une paire sont identiques ; s'il n'en est pas ainsi, les franges existent toujours mais leur contraste est réduit. Les deux granularités sont dites décorrélées. Bien entendu, il est possible de remplacer le déplacement de la plaque photographique par l'action d'un système optique convenable dédoublant chacun des grains, sans modifier les résultats précédents.

L'interférométrie par granularité a donc pour objet l'obtention de franges d'interférences dont l'orientation, le pas et le contraste fourniront des informations sur la modification de granularité qui leur a donné naissance. Quelques exemples vont nous permettre d'illustrer cette méthode.

Mesure de déplacements et de déformations

L'application la plus immédiate de l'expérience de Burch et Tokarski est la mesure des déplacements : l'orientation et le pas des franges fournissent immédiatement la direction et l'amplitude du déplacement de la plaque photographique. Les résultats précédents restent valables si l'on forme la figure de granularité sur un objet que l'on photographie ensuite. Une double exposition permet de mesurer le déplacement ou la déformation subis par l'objet entre les deux poses. Cette méthode est très sensible, évite tout contact avec l'objet et permet éventuellement une analyse point par point. Elle commence à être utilisée dans l'industrie du bâtiment, où elle permet de déterminer les déformations subies par des murs ou des poutres.

Mesures astronomiques

Du fait des fluctuations locales de température et de pression, l'atmosphère terrestre se comporte comme un diffuseur aléatoire rapidement variable. La lumière issue d'une étoile donne, dans le plan focal d'un télescope, une figure de granularité de diamètre global voisin de 1″ d'arc, et dont chaque grain a la taille de la figure de diffraction de l'objectif du télescope. Une pose courte, de l'ordre de 10-2 s, permet d'enregistrer cette granularité, alors qu'une pose plus longue provoque un brouillage, les grains se déplaçant rapidement.

Deu [...]

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Propagation d'une vibration lumineuse

Propagation d'une vibration lumineuse
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Franges de Young

Franges de Young
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Variations en lumière blanche

Variations en lumière blanche
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Variation de l'intensité

Variation de l'intensité
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Écrit par :

  • : professeur honoraire de la faculté des sciences, université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • : agrégé de sciences physiques, docteur ès sciences, maître de conférences à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Pour citer l’article

Maurice FRANÇON, Michel HENRY, « INTERFÉRENCES LUMINEUSES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/interferences-lumineuses/