HOLOGRAPHIE

Principe

Nous voyons un objet parce qu'il modifie, avant de la réémettre vers l'œil, la lumière qu'il reçoit. Cette modification porte, en général, sur les deux paramètres fondamentaux de l'onde lumineuse, son amplitude et sa phase. Plus précisément, les variations d'opacité d'un point à l'autre affectent l'amplitude de l'onde, tandis que les différences de position des divers points modifient la phase, en obligeant la lumière à effectuer des parcours plus ou moins longs.

Or, les récepteurs, capables d'enregistrer une image, ne sont sensibles qu'à l'intensité lumineuse, ce qui conserve les variations d'amplitude mais sacrifie celles de phase, et donc une partie de l'information qu'elles transportent. Le problème est alors de coder les modifications de phase sous forme de variations d'amplitude, de façon à pouvoir les enregistrer. La solution en est connue depuis longtemps et repose sur les propriétés des interférences lumineuses qu'on utilise pour enregistrer la totalité de l'information présente dans la lumière issue d'un objet.

La théorie de l'holographie est due à D. Gabor, en 1948, et lui valut le prix Nobel de physique en 1971. Toutefois, il fallut attendre 1962 pour que E. Leith et J. Upatnieks disposant d'une source de lumière cohérente assez intense, le laser, puissent obtenir le premier hologramme.

Le principe qui sous-tend la réalisation de tout hologramme est le suivant : une surface sensible adéquate reçoit l'onde lumineuse provenant de l'objet, accompagnée d'une autre onde, cohérente avec la première, dite onde de référence. Ces deux ondes créent un système de franges d'interférences qu'enregistre le récepteur. Cet enregistrement constitue l'hologramme à proprement parler.

Pour restituer l'information ainsi mise en mémoire – on dit plutôt pour lire l'hologramme – il faut éclairer l'enregistrement par une nouvelle onde lumineuse, dite onde de lecture. L'hologramme se comporte alors comme un réseau de diffraction et transmet, ou réfléchit, plusieurs ondes correspondant aux divers ordres. L'une d'elles, correspondant à l'ordre zéro, ne porte aucune information. C'est la lumière directement transmise et elle est sans intérêt. Seules les autres ondes, associées aux ordres latéraux, portent l'information utile. Quand l'opération est convenablement conduite jusqu'à son terme, l'une de ces ondes est identique à celle qui provenait de l'objet lors de l'enregistrement, et l'œil qui la reçoit ne fait pas la différence. Un hologramme restitue donc le relief, au contraire d'une photographie conventionnelle, et son aspect (cf. photo) ne rappelle en rien celui de l'objet. De plus, chaque point de l'hologramme reçoit des informations venues de tous les points de l'objet, dans la mesure où celui-ci diffuse dans toutes les directions la lumière qu'il reçoit. Un fragment d'hologramme fournit donc la même image que l'enregistrement entier, à ceci près que la limitation de la région utilisée affecte la netteté des images restituées, comme cela se produit chaque fois que l'on restreint les dimensions latérales d'un faisceau lumineux.

Réalisations

Pour que l'hologramme restitue, lors de sa lecture, une onde identique à celle qu'émettait l'objet lors de l'enregistrement, un certain nombre de conditions doivent être réalisées.

La lumination, produit de l'intensité lumineuse par la durée d'exposition, doit être choisie, et le traitement conduit de façon que la transparence en amplitude (rapport de l'amplitude transmise sur l'amplitude incidente) soit à peu près proportionnelle à l'énergie lumineuse reçue. Si cette condition, dite de linéarité, n'est[...]