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Auteur(s)
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Paul SMIGIELSKI : Docteur ès sciences - Ingénieur de l’École supérieure d’optique (ESO) - Attaché à la Direction scientifique de l’Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis - Cofondateur d’HOLO 3 - Professeur conventionné à l’École nationale supérieure de physique de Strasbourg (ENSPS) - Université Louis-Pasteur de Strasbourg
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C‘est l’Anglais Dennis Gabor qui, en 1947, eut l’idée de l’holographie. À cette époque, il s’occupait de microscopie électronique et son rêve était d’observer la structure atomique dans ses trois dimensions. Mais l’imperfection des « lentilles » électroniques de ce temps-là avait pour conséquence de donner des images floues, rendant impossible l’observation de la structure. Cependant, les ondes électroniques qui avaient « rencontré » l’objet devaient, selon le principe de Huyghens, contenir toute l’information nécessaire à la visualisation de cet objet. Si on n’arrivait pas au but visé, c’est parce qu’on n’avait enregistré que la moitié seulement de l’information, c’est-à-dire l’amplitude des ondes. La phase de ces ondes était perdue par la nature même du procédé d’enregistrement photographique. C’est cette réflexion de Gabor qui fut le point de départ de son idée de l’hologramme. Pour enregistrer la phase des ondes ayant rencontré l’objet, il « suffirait » d’enregistrer les interférences entre ces ondes et une onde de référence simple provenant de la même source d’éclairage de l’objet. La photographie de ces interférences illuminée à l’aide de l’onde de référence seule permettrait, ensuite, de restituer les ondes objet. L’holographie était née.
Mais ce n’est qu’en 1962, soit deux ans après que l’Américain Maiman eut fait fonctionner le premier laser (un laser à rubis, en l’occurrence), que l’holographie prit son véritable essor avec l’enregistrement des premiers hologrammes d’objets tridimensionnels diffusant la lumière par les Américains Leith et Upatnieks et par le russe Dénisuyk, grâce à l’utilisation des premiers lasers à gaz (hélium-néon) à émission continue. Ces hologrammes, surtout ceux du Russe, ont donné lieu à ce qu’il convient d’appeler l’holographie image, connue du grand public par son côté spectaculaire (relief intégral saisissant des hologrammes géants). Mais ce côté spectaculaire a, dans une certaine mesure, contribué à donner une image de l’holographie éloignée des applications industrielles. Une application, relativement bien développée de l’holographie image aujourd’hui, est l’hologramme d’un type particulier utilisé sur les cartes bancaires, dont le but était de rendre la carte infalsifiable.L’utilisation de l’hologramme comme composant optique (miroir, lentille, réseau ...) est sans doute aussi un des exemples prometteurs de l’holographie.
Dans cet article, nous allons traiter aussi bien les aspects physiques que théoriques de l’holographie optique en donnant ensuite un aperçu sur les applications.
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1. Aspects physiques
L’enregistrement du relief d’un objet consiste à enregistrer la phase de l’onde lumineuse qui a rencontré l’objet. Et l’enregistrement de la phase d’une onde se fait par interférométrie, c’est-à-dire en superposant, à l’onde venant de l’objet, une onde lumineuse de référence. Nous allons également voir que les interférences ne sont possibles (dans le contexte de cet article) que si les deux ondes objet et référence proviennent d’une source unique d’éclairage.
L’interférométrie holographique, apparue quelques années plus tard et à l’origine du véritable départ de l’holographie dans l’industrie, est étudiée dans l’article [AF 3 345] de ce traité.
L’ holographie consiste donc à enregistrer par interférométrie, sur un support photosensible, l’onde lumineuse diffusée ou diffractée (par transmission ou par réflexion) par un objet convenablement éclairé, puis à restituer à loisir cette onde lumineuse à partir de l’enregistrement (appelé hologramme).
1.1 Enregistrement d’un hologramme
En général, la source d’éclairage utilisée est un laser qui possède les propriétés adéquates pour la création d’interférences lumineuses de bon contraste, soit :
-
une cohérence spatiale, c’est-à-dire une source ponctuelle. Le faisceau laser peut être focalisé en un spot lumineux très petit (tache de diffraction) ;
-
une cohérence temporelle, c’est-à-dire que le laser émet un rayonnement quasi monochromatique. Plus le rayonnement est monochromatique, plus la cohérence est grande et plus les dimensions de l’objet pourront être importantes.
Le support photosensible peut être tout milieu capable d’enregistrer les interférences lumineuses. Nous verrons que ces milieux sont très variés (plaques et films photographiques, films...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COLLIER (R.J.), BURCKHARDT (C.B.), LIN (L.H.) - Optical holography. - Academic Press, New York (1971).
-
(2) - FRANÇON (M.) - Holographie. - Masson Éd., Paris (1969).
-
(3) - GABOR (D.) - A new microscopic principle. - Nature 161, p. 777-778 (1948).
-
(4) - LEITH (E.), UPATNIEKS (J.) - New technique in wavefront reconstruction. - J. Opt. Soc. Am. 51, p. 1469 (1961).
-
(5) - DENISYUK (Yu.N.) - On the reproduction of the properties of an object in the wavefield of the radiation scattered by it. - Dokl. AN SSSR 144, p. 1275-1276 (1962).
-
(6) - KAKICHASHVILL (Sh.D.) - On the polarization recording of holograms. - Opt. Spektrosk. 33, p. 324-327 (1972)
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