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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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5. Conditions d’enregistrement et de restitution
5.1 Enregistrement
5.1.1 Cohérence de la source de lumière
Pour réaliser un hologramme, il est nécessaire que la source de lumière ait une certaine cohérence permettant à l’onde de référence et à l’onde objet (issues de cette source de lumière) d’interférer dans de bonnes conditions. Cette cohérence a deux aspects.
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Aspect spatial
La source lumineuse doit être ponctuelle. On parlera de cohérence spatiale. Considérons le schéma simplifié d’enregistrement d’un hologramme. C’est le schéma d’un interféromètre (figure 25).
La source S est large mais quasi monochromatique. Pour un point S1 de la source, la différence de chemin optique en H entre le trajet objet et le trajet de référence est :
Δ1 = (S1 M H) − (S1 M0 H)et la différence de phase
ϕ1 = 2π Δ1 / λL’intensité du phénomène d’interférence en H est donnée par l’expression :
I1 = I0 (1 + m cos ϕ1)Pour un autre point S2 de la source, on aura en H :
I2 = I0 (1 + m cos ϕ2)avec
ϕ2 = 2π Δ2 / λet
Δ2 = (S2 M H) − (S2 M0 H)Et ainsi de suite pour tous les points de la source S.
Les différents systèmes de franges d’interférence s’ajoutent en intensité.
Si les valeurs de Δ1, Δ2... sont presque identiques, c’est-à-dire si la source S est suffisamment petite, les différentes franges se superposent presque exactement et le contraste du phénomène d’interférence résultant est maximal. On dit qu’on a cohérence spatiale. Si la source s’élargit, le contraste baisse. On a cohérence spatiale partielle. Enfin, à la limite, quand la source dépasse...
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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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