Holographie

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  • Publié le : 6 mars 2010
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TRAVAUX AVANCÉS DE PHYSIQUE

HOLOGRAPHIE

BUTS: - Fabriquer un interféromètre de Michelson afin de mesurer précisément la longueur d’onde d’un laser He-Ne;
- Estimer la longueur de cohérence de ce laser;
- Réaliser des hologrammes de transmission et de réflexion.

1. INTRODUCTION

L’holographie est un domaine important de l’optique moderne. Les premiers hologrammesfurent réalisés par D. Gabor en 1948. Ces derniers étaient de piètre qualité dû à la difficulté d’obtenir un fond lumineux cohérent. Depuis l’apparition du premier laser (1962), la réalisation d’hologrammes est maintenant chose facile. Plusieurs méthodes d’enregistrement ont depuis été développées et permettent d’obtenir des images tri-dimensionnelles de qualité remarquable. Quoiquespectaculaire, la réalisation d’images tri-dimensionnelles n’est pas l’unique application de l’holographie. L’interférométrie a également bénéficié de cette nouvelle technologie et permet maintenant de faire interférer des ondes enregistrées à différents instants. Il est maintenant possible, par exemple, d’étudier les modes propres de vibrations de surfaces complexes.

Dans cette expérience, vous étudierezles principes fondamentaux qui ont donné lieu à la découverte de l’holographie. Vous devrez vérifier quelques uns de ces principes en fabriquant, entre autres, un interféromètre de Michelson. Par la suite, vous devrez vous familiariser avec les techniques expérimentales permettant de réaliser vos propres hologrammes.

Votre étude débutera par la fabrication d’un interféromètre de Michelson.Vous l’utiliserez pour vérifier la stabilité de la table optique, pour mesurer la longueur d’onde du laser utilisé et évaluer sa longueur de cohérence. Par la suite, vous réaliserez des hologrammes de transmission et de réflexion à l’aide des montages suggérés.

2. THÉORIE

2.1 Amplitude et phase d’une onde lumineuse

Considérons le montage ci-dessous formé d’une onde incidente , d’unediapositive D et d’une lentille L.



L’onde plane incidente  traverse la diapositive D contenant une image quelconque. À chaque point de l’onde transmise ‘, correspond une amplitude qui dépend de la transparence de l’image contenue sur la diapositive. On dira que l’objet D est un objet d’amplitude. Lorsque l’on fabrique une image D’ sur un écran, à chaque point de l’image formée surl’écran correspond une amplitude égale à celle d’un point de l’objet D.

Remplacons maintenant la diapositive par un objet transparent d’épaisseur variable.



L’Objet V est parfaitement transparent et possède un indice de réfraction n. En un point où l’épaisseur est e, on dira que la distance optique parcourue par le rayon (1) est ne. Celle parcourue par le rayon (2) dans l’objet est ne0.Pour se rendre au point J, le rayon (2) parcourt en plus la distance (e-e0)nair= (e-e0). La différence des chemins optiques entre les rayons (1) et (2) est donc:



Si l’on éclaire l’objet V à l’aide d’une lumière monochromatique de longueur d’onde , aux variations de parcours  correspondent des variations de phase données par:



Après avoir traversé l’objet, l’amplitude del’onde reste inchangée mais ‘ est maintenant caractérisée par des variations de phase. On appelle « objet de phase » un objet qui modifie la phase de l’onde qui le traverse sans affecter son amplitude. L’image formée en V’ à l’aide de la lentille L montre une amplitude égale en chaque point, seule la phase varie. Plusieurs méthodes existent afin de rendre visibles les variations de phase. Les deuxplus connues sont l’interféromètre de Michelson et le contraste de phase.

2.2 Cohérence spatiale

Il existe deux notions de cohérence: la cohérence spatiale et la cohérence temporelle. Ces deux formes de cohérence sont essentielles pour réaliser des hologrammes. Imaginez que vous essayez de répéter l’expérience d’interférence des fentes de Young. Pour éclairer simultanément les deux...
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