2.1.1 L’enregistrement - hologrammes "optiques"

mardi 10 mai 2005.
 

Le but étant de copier les données de l’objet ou de l’image que l’on souhaite sur un support holographique : un papier spécial. Chaque point de l’objet doit être enregistré sur chaque point de la plaque avec des angles de vues différents. Ceci explique en partie la vision de l’objet en 3 dimensions.

La lumière réfléchie d’un objet va déterminer sa couleur mais aussi sa forme. La lumière comme toute onde (une onde peut se propager aussi bien dans l’aire, l’eau ou un solide) est caractérisée par :

  • son amplitude (son intensité)
  • sa longueur d’onde (qui représente la couleur pour la lumière visible)
  • sa phase
    Mais l’oeil n’est pas sensible à la phase d’un rayon lumineux, c’est-à-dire si celui-ci arrive avec un peu de retard ou d’avance. Il ne faut donc pas perdre cette information directement liée a la 3 dimensions.

Pour cela il faut posséder d’une référence à partir de laquelle la différence de phase : le déphasage peut être déterminé. Le principe de l’enregistrement réside dans la superposition, le « mélange » de cette onde « étalon » et de l’onde provenant de l’objet lui même. Ce mélange forment alors des franges d’interférences sur le support holographique.

Autrement dit la superposition de deux ondes permet à l’oeil de disposer d’une référence. Grâce à elle il établit la différence d’arriver des ces deux ondes.

Il faut savoir que les ondes de deux objets interfèrent lors de leur recontre que dans certaines conditions énoncées ci-après. Seul le Laser satisfait ces exigences. Pour obtenir des interférences, il faut que les ondes :

-   proviennent d’une lumière cohérente  : ordonnée dans le temps et dans l’espace(les photons, particules constituantes de la lumières oscillent de la même manière, en même temps), la directivité de la lumière Laser le prouve, elle est non divergente.
-   proviennent d’une lumière monochromatique (meme couleur). Le rayonnement laser se caractérise par une bande de longueur d’onde très étroite. Sa propriété monochromatique permettra lors de la phase de reconstruction de la restituer en éclairant la plaque holographique avec la même lumière.
-   aient une cohérence temporelle  : Tous les rayons émis par un laser sont en phase. Ils ont la même amplitude.

Comme deux sources lumineuses indépendantes ne sont jamais cohérentes on utilise non pas deux mais un seul LASER que l’on va diviser en deux à l’aide d’un miroir semi-réfléchissant.

Les interférences peuvent être :

    • constructives si le déphasage est nul
    • ou destructives si elles sont en opposition de phase

Expérience :

On éclaire deux fentes très fines et rapprochées avec la lumière d’un laser élargi par une lentille divergente ; le faisceau a alors un diamètre de quelques centimètres. Chacune des fentes, à cause de la diffraction, émet un peu comme si elle était une source à elle toute seule, c’est à dire dans toutes les directions. C’est comme si on avait deux sources indépendantes.

On place juste apres les deux fentes un écran, pour voir la lumière. Et on y observe une alternance de bandes sombres et de bandes lumineuses, les bandes sombres correspondant à des endroits où les ondes sont en opposition de phase, et donc où les ondes s’opposent. Les endroits lumineux correspondent eux à des zones où les ondes se renforcent mutuellement.

On constate donc bien le phénomène d’interférences.

On peut remarquer que la bande du milieu est toujours une bande lumineuse, car les rayons qui arrivent sur la frange centrale parcourent la même distance pour les deux fentes. Ils sont donc en phase et leurs effets s’ajoutent.

Le phénomène de diffraction est déjà une première preuve expérimentale que la lumière se comporte comme une onde.

Il existe de multiple montages aboutissant à l’enregistrement d’un hologramme sur uneplaque holographique, en voici quelques exemples :

  • Hologramme par transmission  : C’est le montage le plus simple à réaliser car c’est celui qui demande le moins de matériel. Le faisceau de référence traverse la plaque photographique, se réfléchit sur l’objet à enregistrer placé tout près et choisi très réfléchissant. Les intensités du faisceau de référence et de l’onde à enregistrer sont automatiquement voisines, ce qui conduit à une bonne visibilité des franges d’interférence.
  • Hologramme arc en ciel  : Il consiste à faire l’hologramme d’un hologramme par transmission. Il faut pour cela couvrir l’hologramme par transmission à l’exception d’une petite fente. C’est le plus courant des hologrammes (celui des cartes de crédit)
  • Hologramme multiplex  : Il peut être vu comme une série d’hologrammes les uns à côté des autres. Le résultat est le début de l’animation holographique. On filme un même objet 1080 fois à des angles décalés de 1/3 de degré. On juxtapose ensuite ces images sur une même pellicule holographique cylindrique. En regardant cette pellicule, les deux yeux ne verront pas la même image mais deux images légèrement différentes que le cerveau interprétera comme un effet de profondeur
  • hologramme en couleur  : La difficulté de la technique consiste soit à exposer l’émulsion à trois rayons lasers de couleurs primaires (rouge, vert et bleu) en holographie de réflexion, soit à réaliser une séparation des trois couleurs primaires lors de l’enregistrement de la matrice pour les hologrammes de transmission à la lumière blanche.
  • hologramme par réflexion , le plus utilisé. Le faisceau laser est divisé en deux, le faisceau de référence est dirigé sur la plaque holographique tandis que l’autre se dirige vers l’objet, les deux se retrouvent pour créer des franges d’interference sur la plaque holographique
    Le meme :

Ces montages s’avèrent coûteux par le matériel nécessaire (papier holographique, table anti- vibration et techniquement difficile à réaliser car la moindre vibration (une personne marchant à coté suffit) entraîne des ondes voisines pouvant détériorer les franges d’interférences et donc la qualité de l’hologramme.