Holographie - Définition

Lecture de l'hologramme

Après développement de la plaque photographique, on éclaire celle-ci avec l'onde de référence. En pratique il peut s'agir du laser utilisé lors de l'enregistrement, éclairant la plaque avec le même angle d'incidence. L'onde restituée par la plaque est alors une onde identique à l'onde objet, avec la même amplitude et la même phase que lors de l'enregistrement. En regardant un hologramme, nous avons vraiment l'impression que l'objet se situe devant nous. Cependant les couleurs ne sont généralement pas restituées, à cause de l'utilisation d'une source laser monochromatique.

Certains hologrammes peuvent aussi être regardés avec une lumière non cohérente: la profondeur de l'image bien restituée est d'autant plus grande que cette lumière incidente est plus directive et plus monochromatique. Des hologrammes pas trop profonds sont ainsi très convenablement restitués quand ils sont directement exposés à la lumière du Soleil, directive seulement à un demi-degré près et pas du tout monochromatique.

Enregistrement d'un hologramme (sur plaque photographique)

Pour enregistrer un hologramme, il faut parvenir à coder sur un support l'amplitude et la phase de la lumière issue de l'objet considéré. Pour cela, on fait interférer deux faisceaux cohérents sur une plaque photographique. Le premier faisceau, appelé onde de référence, est envoyé directement sur la plaque. Le second, appelé onde objet, est envoyé sur l'objet à photographier, qui diffuse cette lumière en direction de la plaque photographique. La figure d'interférences ainsi formée contient toutes les informations concernant l'amplitude et la phase de l'onde objet, c'est-à-dire la forme et la position de l'objet dans l'espace.

Puisqu'il fait intervenir un phénomène d'interférences, l'enregistrement holographique n'est possible que si la lumière utilisée est cohérente, c'est-à-dire :

• monochromatique (cohérence temporelle)
• en phase (cohérence temporelle)
• directive (cohérence spatiale)

La seule source de lumière qui répond à ces exigences est le laser.

On mentionne depuis 1973 (IBM Systems Journal), et à intervalles irréguliers depuis, la création expérimentale d'hologrammes par ordinateur (infographie), c'est-à-dire la réalisation directe d'un réseau calculé à partir d'un modèle numérique de l'image à obtenir. Mais cette opération étant lente et ne permettant donc pas d'interaction en temps réel (pour le moment), elle n'a pas bouleversé la profession.

Formalisme succinct pour l'enregistrement et la lecture

En un point du support photographique, l'éclairement E est :

E = (O + R)(O + R) ^*

où O est l'amplitude complexe de l'onde objet et R celle de l'onde de référence. Cette expression de l'éclairement tient compte de l'interférence entre les deux ondes mises en jeu. Toutes les grandeurs considérées dépendent du point de l'hologramme considéré, i.e de la variable d'espace .

Prenons l'hypothèse simple d'un hologramme fonctionnant en transmission, dont la transmittance est simplement proportionnelle à l'éclairement :

t = A * E = A * (OO ^* + RR ^* + OR ^* + RO ^* )

Lorsqu'on vient relire cet hologramme avec une onde de lecture égale à l'onde de référence R, nous obtenons une onde diffractée dont l'amplitude complexe U est donnée par :

U = t * R = A * [O + 2 * R + RO ^* R].

Ici, on a considéré des ondes d'amplitude unitaire, c'est-à-dire OO ^* = 1 et RR ^* = 1.

Explicitons ces trois termes :

• Le premier terme O est la restitution de l'onde objet (ordre +1 de diffraction)
• Le deuxième terme 2 * R est l'ordre 0 de diffraction (transmission de l'onde de lecture R)
• Le troisième terme est l'onde objet conjuguée (ordre -1 de diffraction)

La perception de l'objet par l'observateur se fait grâce au premier terme.