holographie (suite)

Une seconde méthode consiste à inscrire les hologrammes simultanément à l’aide de plusieurs faisceaux laser de longueurs d’onde différentes. En utilisant ces mêmes faisceaux à la restitution, on observe plusieurs images colorées superposées. On peut même alors restituer en lumière blanche ; dans le spectre continu, seules les longueurs d’onde adéquates forment des images superposées ; les autres correspondent à une efficacité de diffraction nulle.

Un hologramme est enregistré sur une plaque photographique à grain très fin. Les franges d’interférence sont en effet très serrées, et l’on doit disposer d’une grande résolution pour les enregistrer. Mais la sensibilité s’en trouve affaiblie, puisqu’elle varie en sens inverse de la résolution. Les temps de pose sont longs, et il est nécessaire d’éviter toute cause de déplacement pendant l’exposition. Les vibrations et les turbulences sont de gros écueils pour l’expérimentation, et des précautions draconiennes sont nécessaires pour lutter contre les agents extérieurs : tables antivibratoires, écrans contre les courants d’air, stabilité thermique, etc. Cependant, cette grande sensibilité a été mise à profit fructueusement dans les études interférométriques. Les méthodes classiques utilisent les interférences de lames minces créées entre une pièce et un étalon supposé parfait. Elles nécessitent des pièces bien polies. On met en contact optique l’échantillon et l’étalon de référence. Une lame d’air très mince se forme entre les deux. On observe les franges d’interférence obtenues, et leur configuration donne l’importance des écarts de conformation par rapport au profil idéal.

L’holographie permet de s’affranchir du référentiel étalon donné par l’onde de référence. Deux méthodes sont principalement utilisées. La première, très délicate, consiste à prendre l’hologramme de l’objet étalon (par exemple selon le montage de la figure 1). Puis, après développement, on replace la plaque photographique et l’on substitue à l’étalon une réplique que l’on veut tester. En conservant les deux faisceaux d’éclairage, on observe la superposition cohérente de la réplique et de l’image holographique de l’étalon. Autrement dit, toute différence de conformation se traduit par des franges d’interférence. Il n’est pas nécessaire d’avoir l’étalon à sa disposition, son hologramme est suffisant. De plus, les pièces ne sont pas nécessairement polies, et l’observation se fait en trois dimensions. Cependant, il est très difficile de remettre exactement en place réplique et hologramme. Ce dispositif est utilisé surtout pour l’étude des vibrations de corps solides. Il n’est, alors, pas nécessaire de remettre en place l’objet ; on lui impose un ébranlement vibratoire, et les franges d’interférence dessinent en temps réel et en trois dimensions les lignes de niveau des ondes stationnaires. Plus utilisée est la seconde méthode, dite « de double exposition », plus particulièrement employée pour l’étude et la mesure de contraintes et de déformations. On prend la photographie holographique de l’objet, puis, après l’avoir perturbée, on en prend une seconde, sans toucher autrement au montage. L’émulsion a donc été doublement impressionnée ; après développement, on a deux hologrammes superposés dans la gélatine ; chacun donne son image à le restitution, et l’on observe ainsi la superposition cohérente de l’objet non perturbé et de l’objet contraint si, par exemple, une force lui a été appliquée. L’examen des figures d’interférence et leur interprétation permettent de tirer des conclusions sur la nature des déformations.

L’holographie a aussi son application dans les systèmes optiques de traitement des informations. Ces dispositifs utilisent une propriété bien connue de la diffraction : la répartition d’amplitude dans le plan de l’infini est la transformée de Fourier de la répartition d’amplitude dans le plan de la pupille. Au foyer d’une lentille éclairée en faisceau cohérent parallèle, on observe le spectre de la pupille. Celui-ci est matérialisable sur un écran. On peut le filtrer et le traiter à volonté. Une chaîne optique de traitement se compose donc d’une lentille, dans la pupille de laquelle on place un signal, d’un plan focal, où l’on agit directement sur le spectre de ce signal, et d’une seconde lentille, qui donne l’image de la pupille d’entrée, donc du signal, après traitement. On peut agir point par point sur le spectre, et toute intervention au niveau du plan focal se traduit par une modification de l’image. Ce système, associé à l’holographie, permet de réaliser la corrélation de deux signaux. Le premier est placé dans le plan de la pupille ; dans le plan focal, on place l’« hologramme de Fourier » du second. (Un hologramme de Fourier est obtenu en faisceau convergent. La porteuse est un point source placé dans le plan du signal ; on réalise de la sorte l’hologramme presque ponctuel du second signal.) La théorie montre alors que l’on obtient dans le plan de l’image la fonction d’autocorrélation des deux signaux.

Un tel dispositif trouve son application dans les systèmes automatiques de lecture et de reconnaissance des formes. Il permet de réaliser sur un signal de nombreux traitements qui sont très difficiles pour l’électronique. D’autre part, les signaux sont inscrits sur une pellicule photographique ordinaire et apparaissent sous la forme d’une modulation en transparence de celle-ci. Ils ont donc deux dimensions spatiales, alors que le seul paramètre utilisé en électronique est le temps.

L’holographie a hâté le rajeunissement de l’optique. Les concepts classiques de résolution et d’imagerie sont de plus en plus remplacés par ceux de fonction de transfert et de quantité d’information. L’hologramme peut être utilisé non seulement pour enregistrer un signal, mais aussi pour stocker des informations par le biais de l’onde porteuse. Les capacités d’enregistrement de telles mémoires holographiques sont importantes. Une émulsion utilisée en holographie doit permettre d’enregistrer environ 10⁸ bits d’information* par centimètre carré et 10¹⁰ bits par centimètre cube, alors qu’une carte perforée d’ordinateur ne contient que 10 bits par centimètre carré. Après les applications interférométriques, c’est probablement par ce chemin que l’holographie deviendra opérationnelle.