OPTIQUEOptique non linéaire

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Médias de l’article

Milieu non linéaire

Milieu non linéaire
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Représentation de l'équation approchée

Représentation de l'équation approchée
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Intensité de l'onde harmonique, 1

Intensité de l'onde harmonique, 1
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Intensité de l'onde harmonique, 2

Intensité de l'onde harmonique, 2
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Tous les médias


Susceptibilités non linéaires

Les ondes rencontrées en optique non linéaire sont, en général, assez intenses pour que les champs électromagnétiques puissent être traités classiquement. La quantification du champ n'est nécessaire que pour traiter les processus spontanés (par exemple : luminescence paramétrique, diffusion Raman, etc.) qui initient certains phénomènes de l'optique non linéaire. En revanche, la matière est en général traitée quantiquement. Dans un milieu matériel non chargé et non conducteur, les équations de Maxwell macroscopiques s'écrivent :

E et H sont les champs électriques et magnétiques et où D et B sont les inductions correspondantes. D et B s'expriment sous forme de développements multipolaires :
P, Q, M sont respectivement les densités de moment dipolaire électrique, de moment quadrupolaire électrique et de moment dipolaire magnétique. Bien que les termes quadrupolaire électrique et dipolaire magnétique donnent parfois naissance à des effets intéressants, l'essentiel des phénomènes d'optique non linéaire est dû au terme dipolaire électrique. On négligera donc tous les moments autres que P.

En optique conventionnelle, le champ électrique est suffisamment faible pour que l'on puisse écrire, avec une très bonne approximation, que la densité de polarisation induite est proportionnelle au champ électrique. Lorsque le champ E est plus fort, P peut être décomposé en puissances de E :

où χ(n) est la susceptibilité d'ordre n dont on néglige momentanément le caractère tensoriel. Dans le développement (3), le rapport entre un terme et le terme précédent est de l'ordre de E/Eat, où Eat est le module du champ intra-atomique. Dans un faisceau laser d'une intensité de 100 MW/cm2, E est de l'ordre de 103u.é.s. alors que Eat est de l'ordre de 107 à 108u.é.s.

La réponse de la matière n'étant pas instantanée, il est nécessaire de décomposer E et P en leurs composantes de Fourier. Par exemple, la composante Pμ(2) (ω) de la polarisation au deuxième ordre, à la fréquence ω, s'écrit [...]

1 2 3 4 5

pour nos abonnés,
l’article se compose de 8 pages




Écrit par :

  • : docteur en sciences physiques, chargé de recherche au C.N.R.S., laboratoire d'optique quantique de l'École polytechnique, maître de conférences à l'Ecole polytechnique

Classification


Autres références

«  OPTIQUE  » est également traité dans :

OPTIQUE - Principes physiques

  • Écrit par 
  • Pierre CHAVEL, 
  • Pierre FLEURY, 
  • Christian IMBERT
  •  • 3 792 mots
  •  • 6 médias

Toute classification des domaines de l'optique est en partie arbitraire et comporte de nombreux recouvrements. L'optique géométrique s'appuie essentiellement sur la notion de rayons lumineux susceptibles de fournir des images qu'on observe à l'aide de lunettes ou de microscopes, qu'on enregistre par photographie ou qu'on forme sur d'autres […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-principes-physiques/

OPTIQUE - Images optiques

  • Écrit par 
  • Michel CAGNET
  •  • 5 728 mots
  •  • 30 médias

Les « pièces optiques » (lentilles et parfois miroirs), seules ou convenablement associées – on dira dans tous les cas les « systèmes optiques » –, permettent d'obtenir d'un objet, lumineux par lui-même ou parce qu'il est convenablement éclairé, une image destinée à agir sur un récepteur tel que l'émulsion photographique ou, le plus souvent, l'œil. Qu'elle soit réelle (observab […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-images-optiques/

OPTIQUE - Optique cohérente

  • Écrit par 
  • Michel HENRY
  •  • 3 962 mots
  •  • 4 médias

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 cohér […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-coherente/

OPTIQUE - Optique instrumentale

  • Écrit par 
  • Albert ARNULF
  •  • 6 762 mots
  •  • 11 médias

On appelle « instrument d'optique » tout système formant l'image d'un objet sur un ou plusieurs récepteurs sensibles à la lumière et dont le rôle est de percevoir ou d'exploiter cette image. Par exemple, une lunette comporte plusieurs lentilles formant l'image et un récepteur associé, généralement l'œil ; la cinématographie fait intervenir deux instruments, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-instrumentale/

OPTIQUE - Optique électronique

  • Écrit par 
  • Albert SEPTIER
  •  • 4 858 mots
  •  • 2 médias

L'optique électronique ou plus généralement l'optique corpusculaire s'intéresse aux trajectoires d'électrons libres accélérés, et à tous les procédés permettant de guider ces particules dans un espace où règne un vide poussé.On peut en effet se servir d'électrons issus d'une surface émissive pour obtenir l'image de cette surface sur un écran fluorescent, ou bien utiliser ces électrons accélérés so […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-electronique/

BABINET THÉORÈME DE

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 163 mots

Considérons une source lumineuse ponctuelle A dont un système optique donne une image ponctuelle A′. Limitons maintenant l'ouverture du système soit par un écran percé d'un petit trou T, soit par l'écran complémentaire E, c'est-à-dire ayant la forme du trou T. Autour de A′, dans une région normalement non éclairée, on observe une figure de diffraction. Babinet a démontré que les anneaux de diffrac […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theoreme-de-babinet/#i_21090

CHAMBRE NOIRE ou CHAMBRE OPTIQUE, reproduction graphique

  • Écrit par 
  • Jean RUDEL
  •  • 514 mots

L'invention de la camera oscura (chambre obscure dite aussi chambre noire) comme moyen de reproduction d'une image et son exploitation perspective remonte à des temps très anciens. Déjà Aristote, dans ses Problematica avait fait remarquer que les rayons passant par une ouverture constituaient une image dont la grandeur augmentait à mesure que s'accrois […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chambre-noire-chambre-optique/#i_21090

CINÉMASCOPE

  • Écrit par 
  • Victor BACHY
  •  • 239 mots

Le premier des procédés de film large projeté sur grand écran qui ait connu un grand succès commercial ( La Tunique , de H. Koster, 1953). Le Cinémascope est fondé sur un procédé optique très ancien, l'anamorphose, qui, par un jeu de miroirs et de lentilles, comprime l'image dans le sens vertical et la restitue ensuite dans sa largeur normale. Le physicien et inventeur frança […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cinemascope/#i_21090

COULEUR

  • Écrit par 
  • Pierre FLEURY, 
  • Christian IMBERT
  •  • 7 837 mots
  •  • 21 médias

Les radiations lumineuses perçues par notre œil se distinguent non seulement par leurs intensités, mais aussi par des caractéristiques qualitatives, leurs couleurs, qui n'ont d'abord été définies que par des comparaisons souvent grossières : les lumières comparables à celle du jour sont dites blanches, celles qui nous viennent de la plupart des feuilles au printemps sont vertes... Les mêmes adject […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/couleur/#i_21090

DIAPHRAGME, optique

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 214 mots

Dispositifs mécaniques qui limitent l'étendue du faisceau lumineux d'un système optique. On distingue deux diaphragmes : le diaphragme de champ, qui définit les dimensions de l'image, et le diaphragme d'ouverture, qui contrôle l'angle du cône des rayons lumineux qui concourent à former cette image. Dans les objectifs photographiques, le diaphragme de champ est tout simplement le cadre de l'émulsio […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/diaphragme-optique/#i_21090

DIFFRACTION, physique

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 730 mots

Écart, par rapport aux lois de l'optique géométrique (propagation rectiligne, etc.), de la propagation des ondes (acoustiques, optiques, etc.), en présence d'un obstacle ou, plus généralement, modification de la propagation libre des ondes dont la longueur d'onde n'est pas négligeable devant les dimensions de l'obstacle. En physique ondulatoire, à l'approximation « géométrique », il n'y a propagat […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/diffraction-physique/#i_21090

DIFFUSEUR, optique

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 327 mots

Surface non lumineuse par elle-même et qui diffuse tout le flux qu'elle reçoit, sans aucune absorption, suivant la loi de Lambert, c'est-à-dire que sa luminance est la même dans toutes les directions, quelle que soit l'orientation du flux incident. Éclairée en lumière blanche, une telle surface apparaît blanche et mate. L'oxyde de magnésium est l'un des meilleurs diffuseurs connus. Soit I 0 l'int […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/diffuseur-optique/#i_21090

DISTORSION, physique

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 400 mots

Étant donné un dispositif transmettant un signal mécanique, électrique ou optique (par exemple, un amplificateur), on appelle distorsion toute déformation du signal de sortie par rapport au signal d'entrée. D'après le théorème de l'intégrale de Fourier, les deux signaux peuvent toujours être décomposés en oscillations harmoniques dont les amplitudes et les phases sont en général des fonctions de l […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/distorsion-physique/#i_21090

DOUBLET, optique

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 44 mots

Combinaison de deux lentilles dont les paramètres (rayons de courbure des faces, indice des verres et courbes de dispersion) sont choisis de manière à annuler une (ou plusieurs) des aberrations, le plus souvent l'aberration chromatique. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/doublet-optique/#i_21090

ÉQUATIONS AUX DÉRIVÉES PARTIELLES (notions de base)

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER
  •  • 1 580 mots
  •  • 2 médias

Beaucoup de phénomènes peuvent être décrits par une fonction. Par exemple, le déplacement d’un mobile dans l’espace peut être défini par une fonction f ( x y z ) où les coordonnées x , y et z correspondent à tous les points de l’espace oc […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/equations-aux-derivees-partielles-notions-de-base/#i_21090

ÉVANESCENTES ONDES

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 326 mots

Ondes électromagnétiques qui se créent à proximité de la surface d'un milieu, se propagent parallèlement à cette surface et s'amortissent très rapidement à l'intérieur du milieu. Lorsque la lumière passe d'un milieu transparent d'indice de réfraction n 1 à un autre milieu transparent d'indice n 2 , on observe un faisceau transmis et un faisceau réfléchi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-evanescentes/#i_21090

FORME

  • Écrit par 
  • Jean PETITOT
  •  • 27 547 mots

Dans le chapitre « Caustiques et optique écologique »  : […] D'abord, on peut donner raison à Gibson en ce qui concerne l'idée que des discontinuités constitutives de morphologies peuvent être véhiculées par la lumière. Nous considérerons le cas le plus simple, celui des caustiques. Dans l'approximation de l'optique géométrique dans un milieu homogène et isotrope, les caustiques sont faciles à décrire. Soit S 0 une surface émettrice de rayons lumineux, c'e […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/forme/#i_21090

FRESNEL LENTILLES DE

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 133 mots

Il serait impossible de fabriquer des lentilles de très grandes dimensions ou à très forte courbure à l'aide de techniques courantes. Fresnel proposa de remplacer le bloc de verre unique par une lentille centrale entourée d'anneaux et de segments d'anneaux de verre prismatiques, calculés et assemblés de manière à présenter un foyer optique commun. Tous les phares maritimes sont équipés de lentille […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lentilles-de-fresnel/#i_21090

IMAGE ANIMÉE

  • Écrit par 
  • Laurent MANNONI
  •  • 4 403 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « La fantasmagorie »  : […] La technique des projections lumineuses et animées évolue très vite. Durant les années 1790, des physiciens imaginent un nouveau genre de spectacle lumineux, la fantasmagorie, qui renoue avec le passé sulfureux de la lanterne de peur. De grandes séances d’images lumineuses, animées, en couleurs et sonores, sont données à Paris à partir de 1792, par le magicien Paul Philidor puis par Étienne-Gaspar […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/image-animee/#i_21090

INTERFÉRENCES LUMINEUSES

  • Écrit par 
  • Maurice FRANÇON, 
  • Michel HENRY
  •  • 8 000 mots
  •  • 20 médias

Dans le chapitre « Vibrations lumineuses »  : […] Augustin Fresnel a été le premier à expliquer les phénomènes de l'optique physique en admettant que la lumière est constituée par des vibrations transversales ; il assimilait les vibrations lumineuses aux vibrations élastiques transversales des solides. Cette dernière hypothèse aboutit à de nombreuses contradictions qui ont conduit à remplacer la théorie mécanique de Fresnel par la théorie électr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interferences-lumineuses/#i_21090

LUMIÈRE

  • Écrit par 
  • Séverine MARTRENCHARD-BARRA
  •  • 6 171 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Optique géométrique »  : […] C'est la plus ancienne des approches de la lumière, qui étudie son trajet et la formation des images. Dès l'Antiquité, Euclide rédigeait un traité d'optique comportant les notions de rayon lumineux, de propagation rectiligne et le principe de « retour inverse » de la lumière. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/#i_21090

MÉDAILLE D'OR DU CNRS 2017

  • Écrit par 
  • Pierre LÉNA
  •  • 1 691 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Alain Brillet, un expérimentateur imaginatif »  : […] Alain Brillet, physicien français, est un spécialiste de l’optique . Il est né le 30 mars 1947 à Saint-Germain-en-Laye (Yvelines). Diplômé de l’École supérieure de physique et chimie industrielles (ESPCI) de la ville de Paris, il entre en 1970 au CNRS où il sera directeur de recherche à partir de 1982, après avoir travaillé au sein de l’université Paris-Sud (Orsay), puis à l’université Nice-Sophia […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/medaille-d-or-du-cnrs-2017/#i_21090

MICRODENSITOMÈTRE

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 298 mots

Instrument qui mesure la densité optique d'une petite surface plus ou moins transparente, généralement un film ou une plaque photographique. Il comprend de nombreux éléments optiques. Une source lumineuse intense sert à éclairer une fente optique réglable très petite (quelques micromètres) qui est optiquement conjuguée avec un point de la surface à densitométrer. Le flux lumineux sortant excite un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microdensitometre/#i_21090

MOIRÉ FRANGES DE

  • Écrit par 
  • Josette CACHELOU
  •  • 241 mots

Une suite de bandes alternativement opaques et transparentes constitue un réseau d'amplitude. Superposons deux réseaux identiques à pas constant. Supposons que l'un de ces réseaux soit fixe et l'autre solidaire d'un élément mobile et que le mouvement ait lieu perpendiculairement à la direction des traits. Si la direction des traits de l'un des réseaux fait un angle α faible avec la direction des t […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/franges-de-moire/#i_21090

MONOCHROMATISME

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 319 mots

Caractère d'une vibration représentée par une fonction sin 2πν t , cos 2πν t ou exp 2 iπνt du temps t , où ν est la fréquence. En physique des vibrations, la vibration monochromatique joue le rôle d'une vibration élémentaire, puisque tout phénomène, périodique ou apériodique, peut être analysé en composantes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/monochromatisme/#i_21090

ONDES, physique

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 574 mots

Dans le chapitre « Diffraction »  : […] Le phénomène de diffraction est la modification des caractéristiques d’une onde qui rencontre un obstacle. Il est commun à tous les types d’ondes mais est particulièrement intéressant dans le cas optique, où il se présente comme une perte de netteté des contours de l’image d’un objet éclairé. Il est la cause principale de la limite de performance des microscopes optiques. Incompatible avec la des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-physique/#i_21090

PHOTOMÉTRIE

  • Écrit par 
  • Michel CAGNET, 
  • Pierre FLEURY
  •  • 8 298 mots
  •  • 21 médias

La photométrie proprement dite s'occupe de la comparaison quantitative des lumières (émises par des sources, transportées par des faisceaux ou agissant sur des récepteurs), d'après leur perception par l'œil. Elle est dite objectivement homochrome si les lumières étudiées ont toutes la même couleur, leurs compositions spectrales étant en outre identiques […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/photometrie/#i_21090

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2018

  • Écrit par 
  • Philippe BALCOU, 
  • Vincent CROQUETTE
  •  • 2 088 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « La technique d’amplification à dérive de fréquence des lasers intenses »  : […] Si, en 1960, les premiers lasers fonctionnaient de manière continue, les physiciens ont rapidement trouvé le moyen de créer des impulsions de lumière d’une durée d’abord de l’ordre de la nanoseconde (10 -9  seconde), puis de la picoseconde (10 -12  seconde) et de la femtoseconde. À la simple cavité laser succède alors la notion de chaîne laser qui […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2018/#i_21090

STROBOSCOPIE

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 194 mots

Technique permettant la visualisation de phénomènes périodiques matériels trop rapides pour être suivis par l'œil. Elle utilise une lampe émettant, à la fréquence f voisine de celle du phénomène F, des éclairs de durée beaucoup plus courte que la période du phénomène à étudier (afin que le mouvement observé soit insensible pendant la durée des éclairs). Entre deux éclairs, la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/stroboscopie/#i_21090

TAVELURE EFFET DE, physique

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 408 mots
  •  • 2 médias

Voir à travers un matériau opaque est un défi qui excite l'imagination. Une équipe de chercheurs de l'université Twente à Enschede (à l'est des Pays-Bas) a réalisé un montage original qui exploite les propriétés des images obtenues par illumination d'un objet fluorescent . L'idée de ces physiciens est d'analyser la « configuration tavelée », qui caractérise l'image formée par la diffusion d'un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-de-tavelure-physique/#i_21090

Voir aussi

Pour citer l’article

Daniel RICARD, « OPTIQUE - Optique non linéaire », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 septembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-non-lineaire/