Cohérence laser
La cohérence est une propriété essentielle de la lumière laser, décrivant la corrélation du champ électromagnétique en différents points de l'espace ou du temps. La cohérence temporelle est liée à la monochromaticité de la lumière (faible largeur spectrale), tandis que la cohérence spatiale est liée à sa directivité et à sa capacité à être focalisée en un point précis. Ce haut degré d'ordre distingue les lasers des sources lumineuses conventionnelles.
La cohérence de la lumière laser résulte directement du processus d'émission stimulée. Chaque photon stimulé étant une réplique exacte du photon incident en phase, en fréquence et en direction, une cascade de tels événements produit un grand nombre de photons tous en phase. Cette relation de phase est maintenue lors des oscillations de la lumière au sein du résonateur optique, qui filtre et renforce un mode cohérent unique.
La cohérence temporelle mesure la corrélation de phase d'une onde avec elle-même à différents instants. Elle est quantifiée par le temps de cohérence, τc, la durée pendant laquelle la phase reste prévisible. Ce temps est inversement proportionnel à la largeur de bande spectrale, ΔΔ, de la lumière (τc ≈ 1/ΔΔ). Les lasers ont des largeurs de bande très étroites, ce qui induit des temps de cohérence et des longueurs de cohérence (Lc = τc) longs, pouvant atteindre plusieurs mètres. Ceci permet l'observation d'interférences sur de grandes différences de marche, phénomènes essentiels pour l'holographie et l'interférométrie.
La cohérence spatiale décrit la corrélation de phase entre différents points du front d'onde à un même instant. Un faisceau laser à haute cohérence spatiale possède une phase de front d'onde uniforme, ce qui lui permet de parcourir de longues distances avec une divergence minimale (directivité élevée) et d'être focalisé en un point de taille limitée par la diffraction. Cette propriété est essentielle pour des applications telles que la découpe laser, le soudage et les communications longue distance.
UNESCO Nomenclature: 2210
- Optique
Usage
Utilisation généralisée
Précurseurs
- L'expérience des fentes de Young de Thomas Young démontrant l'interférence
- interféromètre de Michelson
- Théorème de Van Cittert – Zernike pour la cohérence classique
- le développement du laser lui-même
Applications
- holographie
- interférométrie
- communication par fibre optique
- lidar
- refroidissement laser des atomes
- tomographie optique cohérente
Idées d'innovations potentielles
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En lien avec : cohérence, laser, cohérence spatiale, cohérence temporelle, monochromatique, directivité, holographie, interférométrie, phase, front d'onde.