OPTO-ÉLECTRONIQUE

Miroir à conjugaison de phase

Les miroirs à conjugaison de phase sont généralement étudiés dans le cadre de l'optique adaptative plutôt que dans celui de l'opto-électronique. En fait, la proche parenté existant au niveau des concepts et des milieux utilisés rend possible une utilisation à terme de miroirs à conjugaison de phase en opto-électronique. Les principales propriétés des miroirs à conjugaison de phase sont la rectification des fronts d'onde déformés lors de leur propagation dans un milieu inhomogène et la possibilité d'amplifier le rayonnement réfléchi.

Considérons un milieu optique non linéaire interagissant avec deux ondes intenses :

. Nous supposerons, pour simplifier, que ces trois ondes ont la même polarisation. La superposition de E₁ et E crée une structure d'onde stationnaire avec une modulation de l'intensité dans la direction parallèle à (k₁ − k). Cette modulation d'intensité a pour conséquence une modulation spatiale de la saturation du milieu atomique considéré. Sous l'action des ondes E et E₁, le milieu se présente donc comme un réseau modifiant la propagation de l'onde E₂. La diffraction de l'onde E₂ sur ce réseau conduit à la génération d'une onde E′ se propageant dans la direction opposée à E.

Mathématiquement, dans l'expression de l'intensité I apparaissant dans le second membre de la formule (1), la modulation de l'intensité se traduit par l'existence d'un terme évoluant en E₁E cos[(k₁ − k) . r − ϕ]. Ce terme, multiplié par la composante du champ évoluant en a₂ cos[ωt + (k₁ . r)], donne une composante du dipôle d qui est proportionnel à E₁E₂E et évoluant en cos[ωt + (k .r) + ϕ]. Un tel dipôle génère donc une onde se propageant dans la direction opposée à celle de E et dont la phase est opposée (on dit encore conjuguée) à la phase de l'onde incidente E.

Un miroir à conjugaison de phase renvoie donc un faisceau sur lui-même et transforme la phase ϕ de l'onde en son opposé. Pour montrer une application potentielle de cette propriété, considérons une onde plane et un plan d'onde ϕ = 0. Si l'espace séparant ce plan d'onde du miroir à conjugaison de phase est rempli avec un milieu inhomogène, la surface d'onde sera déformée en arrivant sur le miroir à conjugaison de phase. C'est-à-dire que la phase ϕ sera une fonction du point. Après réflexion sur le miroir à conjugaison de phase, la phase de l'onde est changée en son opposée (− ϕ) et chaque rayon réfléchi suit un chemin identique à celui du rayon incident ; de sorte que la phase accumulée dans cette propagation retour jusqu'au plan P est exactement égale à ϕ. Il y a donc compensation entre ces deux termes de phase. Dans le plan P, le faisceau réfléchi apparaît donc comme une onde plane tout comme l'onde incidente. Une telle propriété ne pourrait être obtenue à l'aide d'un miroir normal puisque, dans ce cas, le déphasage ϕ serait doublé au lieu d'être compensé. Pour rendre intuitive cette possibilité qu'a un faisceau réfléchi de retrouver exactement au retour les mêmes caractéristiques que le faisceau incident, on dit parfois que le miroir à conjugaison de phase a une action analogue à un renversement du sens du temps.

L'énergie émise dans l'onde réfléchie est prélevée sur les ondes intenses E₁ et E₂. Cette énergie peut donc être bien plus grande que l'énergie de l'onde incidente, ce qui signifie que le coefficient de réflexion d'un miroir à conjugaison de phase peut être beaucoup plus grand que 100 p. 100. Un tel miroir permet donc également l'amplification du faisceau réfléchi.