Manuel d'optique (2° Éd.)

Paru initialement en 1997, le Manuel d’Optique a contribué à la formation de nombreux opticiens au cours des deux dernières décennies et a été utilisé par de nombreux enseignants pour la rédaction de leurs cours. Son originalité pédagogique lui a valu l’attribution du Prix Arnulf Françon 1997.

À la suite de la découverte des lasers et des fibres optiques, l’optique a subi de profondes mutations qui ont accentué son caractère pluridisciplinaire. Cet ouvrage fait le point sur les connaissances actuelles, fournit et ordonne les notions indispensables à la compréhension de l’optique moderne et de ses nombreuses applications.

La méthode de présentation repose sur un parti pris de « raconter » l’optique, plutôt que de la déduire de lois fondamentales, avec un effort particulier pour que l’outillage mathématique entrave le moins possible la compréhension des phénomènes.

La rédaction de cette deuxième édition est le fruit de la coopération d’une quinzaine d’opticiens renommés qui ont, soit relu et modernisé le contenu des différents chapitres, soit rédigé des annexes décrivant des développements les plus récents de leur discipline.

Ouvrage de référence, sa vision globale du thème est le point fort de l’approche pédagogique. Largement illustré par plus de 600 figures, il présente de façon simple et complète les aspects traditionnels de l’optique, les outils et les méthodes actuellement utilisés par les chercheurs et les ingénieurs ainsi que les développements les plus récents avec leurs implications technologiques. Ouvrage pivot d’un exposé général et moderne de l’optique, il est également le point d’entrée de thèmes plus pointus.

Table des matières

Avant-propos

Chapitre 1 - Grandeurs et ordres de grandeur de l’Optique

1.1. Les principales applications des ondes électromagnétiques

1.2. Dualité onde-corpuscule

1.3. Qu’est-ce qu’une onde ?

1.4. Rayonnement dipolaire électrique

1.5. Détecteurs de lumière

1.6. Interférence, diffraction

1.7. Photométrie

1.8. Perception et reproduction des couleurs

Chapitre 2 - Ondes Electromagnétiques

2.1. Le formalisme de l’électromagnétisme

2.2. Les principaux types d’ondes

2.3. Solution des équations de Maxwell pour des ondes harmoniques planes

2.4. Structure d’une onde plane solution des équations de Maxwell

2.5. Ondes harmoniques quelconques

2.6. Ondes sphériques

Chapitre 3 - Optique géométrique

3.1. Propagation géométrique de la lumière

3.2. Principe de Fermat

3.3. Trois composants simples

3.4. Lentilles minces

3.5. Systèmes centrés dans les conditions de Gauss

Annexe A Lentilles minces

Annexe B Prismes

Annexe C Gradients d’indice de réfraction, Optique corpusculaire

Annexe D Optique adaptative

Annexe E Capteurs d’Images

Chapitre 4 - Lumière polarisée - Lois de la réflexion

4.1. Caractère vectoriel transversal de la vibration lumineuse

4.2. Analyseurs - Polariseurs

4.3. Réflexion - réfraction vitreuse

Annexe A Modes TE – modes TM

Annexe B Plasmons de surface

Annexe C Détermination d’une Polarisation

Chapitre 5 - Biréfringence

5.1. Double réfraction

5.2. Le tenseur susceptibilité diélectrique

5.3. Ondes planes solutions des équations de Maxwell en milieu anisotrope

5.4. Constructions des faisceaux réfractés sur un dioptre anisotrope

5.5. Forme des surfaces caractéristiques

5.6. Biréfringence circulaire

5.7. Biréfringence induite

Annexe A Tracé de rayons dans des milieux anisotropes uniaxes

Annexe B Surfaces caractéristiques des milieux anisotropes

Annexe C Interférences en lumière polarisée-Lames de phase

Annexe D Cristaux liquides

Chapitre 6 - Interférences.

6.1. Montages à dédoublement d’un front d’onde

6.2. Montages à dédoublement d’amplitude

6.3. Interféromètre à deux ondes

6.4. Interféromètre de Perot-Fabry

6.5. Interférences dans des empilements de couches minces

6.6. L’interféromètre Virgo

Annexe A Compléments sur la cohérence

Annexe B Tomographie par cohérence optique

Chapitre 7 - Diffraction

7.1. Postulat de Huygens-Fresnel

7.2. Diffraction de Fraunhofer

7.3. Diffraction de Fresnel

7.4. Réseaux de diffraction

7.5. Holographie

7.6. Optique diffractante et optique diffractive

7.7. Quelques mots de nanophotonique

7.8. Diffraction et traitement d’images

7.9. Speckle

Chapitre 8 - Indice de réfraction

8.1. Mécanismes physiques de la propagation dans un milieu matériel

8.2. Calcul de l’indice de réfraction

8.3. L’indice de réfraction est un nombre complexe

8.4. Indice de réfraction et populations des niveaux d’une transition DPE

Annexe A Rayonnement dipolaire électrique

Annexe B Formules de Kramers-Krönig .

Annexe C

Chapitre 9 - Laser

9.1. Généralités

9.2. Le Processus d’amplification optique

9.3. Comment obtenir une inversion de population

9.4. Le résonateur Fabry-Pérot

9.5. Caractéristiques spectrales de la lumière produite par un laser.

9.6. Dynamique de l’émission laser

9.7. Originalité de la lumière laser

Annexe A Interaction lumière-semiconducteurs

Annexe B Largeur spectrale d'une raie laser

Annexe C Amplification à dérive de fréquence (CPA)

Chapitre 10 - Optique non linéaire

10.1. Généralités sur les effets non linéaires en Physique

10.2. Polarisation non linéaire

10.3. Équations de propagation en milieu non linéaire

10.4. Phénomènes non linéaires d’ordre trois

10.5. Conclusion et bibliographie

Annexe A Génération d'harmoniques d'ordres élevés

Chapitre 11 - Diffusions Raman-Brillouin-Rayleigh

11.1. Présentation générale des interactions type Raman ou Brillouin

11.2. Introduction expérimentale de l’effet Raman

11.3. Étude théorique de l’effet Raman

11.4. Diffusion Brillouin

Annexe A Diffusion de la lumière par un milieu dispersé

Chapitre 12 - Optique Guidée

12.1. Introduction.

12.2. Fibres optiques

12.3. Photonique Intégrée

Annexe A Atténuation des fibres de silice

Annexe B Technologie des guides à fibre optique

Annexe C Technologie de la Photonique intégrée

Index

Le cordonnateur :

Germain Chartier, Ancien élève de l’EN d’Instituteurs de Melun puis de l’ENS de Saint Cloud-Lyon (1956-60), agrégé de Physique, Germain Chartier est un pur produit de l’École de la République. Thèse sur la Polarisation de la lumière émise par un Laser (1970). Professeur à Grenoble-INP (1973) où il a enseigné pendant 30 ans l’électronique et l’optique et dirigé 32 thèses. Création d’un Laboratoire d’Optique Guidée à partir duquel s’est montée (1994) la Start-up Teemphotonics qui produit actuellement des sources de lumière cohérente (1,06 et 0,53μm) et des composants pour les télécommunications optiques.