Descriptif
Ce cours utilise les méthodes de l’optique physique, essentiellement dans son approximation paraxiale, pour décrire analytiquement la propagation de la lumière et la formation des images à travers un système optique. En parallèle à cet enseignement sur la physique de la lumière, il couvre les méthodes numériques associées pour analyser et concevoir des systèmes optiques, en insistant notamment sur les conditions d’échantillonnage nécessaires pour obtenir des résultats significatifs. Il montre que dans la limite de son domaine de validité, la diffraction est un outil puissant et d’usage très général pour l’analyse, la compréhension et la modélisation des systèmes optiques. L’optique diffractive, l’holographie et le speckle ne peuvent être envisagés que dans ce cadre.
Objectifs pédagogiques
Après cet enseignement, l’étudiant doit être capable de prédire les performances d’un système d’imagerie, ainsi d’ailleurs que de certains dispositifs spectrométriques, en fonction du rôle qu’y joue la diffraction, de le dimensionner et d’évaluer les limites du modèle mis en jeu.
A l'issue de cet enseignement, les élèves seront capables de:
- Maitriser le domaine de l'optique et de la photonique
- Mettre en oeuvre la démarche scientifique (comprendre les théories, les phénomènes physiques, maitriser les ordres de grandeurs, savoir faire des approximations)
- Modéliser des phénomènes physiques et des systèmes réels
- Inventer / Concevoir / Mettre en œuvre / Caractériser un système à composante photonique
- Mettre en œuvre les outils informatiques adaptés (programmation, calcul scientifique, traitement de données, CAO)
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Initiation à la diffraction (pour IOGS, ce sont des rappels, voir cours d'Henri Benisty en 1A) Analyse de Fourier (Pour IOGS : cours de François Goudail et Matthieu Boffety en 1A) Bases de l’optique géométrique, imagerie géométrique, notions sur les aberrations (Pour IOGS : cours de systèmes optiques de 1A)
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Vos modalités d'acquisition :
4 QCM (coefficient total 1)
un examen pratique sur ordinateur (coefficient 3)
un examen sur papier (coefficient 3).
Pour les QCM : sans document, calculatrice autorisée
Pour l’examen pratique (examen de TP): tout document, calculatrice autorisée
Pour l’examen sur papier : tout document, calculatrice autorisée
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 6
Le coefficient de l'UE est : 45
Programme détaillé
- physique de la propagation de la lumière : (3 h, rappels)
1.1 Diffraction de la lumière à partir de la répartition d’amplitude connue sur un plan
1.2 Diffraction de Fraunhofer
1.3 Diffraction de Fresnel
- échantillonnage des signaux optiques :(4.5h)
2.1. Introduction
2.2. Représentation fréquentielle d'un signal
2.2.0. Décomposition en série de Fourier 1D → interprétation (rappels)
2.2.1. Transformée de Fourier (rappels)
2.2.2. Transformée de Fourier discrète TFD (rappels)
2.2.3. Interprétation du spectre complexe de Fourier (rappels)
2.2.4. Image et échantillonnage
2.2.5. Convolution et Corrélation
- formation d'images dans l'approximation du filtrage des fréquences spatiales : (9h)
3.1. Imagerie cohérente, filtrage des fréquences spatiales en éclairage cohérent (rappels)
3.2. Imagerie spatialement incohérente, filtrage des fréquences spatiales en éclairage incohérent, FTI/FTM, réponse percussionnelle
- holographie (naturelle, numérique, synthétique) (6h)
Note : l'optique diffractive comprend en fait l'holographie mais nous ferons la séparation entre les chapitres 4 et 5 en disant que l'holographie est le cas particulier de l'optique diffractive où l'on peut identifier une onde porteuse et une onde objet, même si dans le cas de l'holographie synthétique c'est très discutable.
- optique diffractive (4,5h)
5.1. Réseaux
5.2. Composants diffractifs segmentés (séminaire)
5.3. Métasurfaces (cours nouveau)
- Speckle. (3h)
6.1. Diffraction par une répartition d’indice aléatoire
6.2. Statistiques de l’éclairement d’un point dans une figure de speckle
6.3. Statistiques de l’éclairement en deux points d’une figure de speckle