holographie (suite)

Une telle opération est théoriquement possible avec une source de lumière classique ; la seule condition imposée est la cohérence entre l’onde objet et l’onde porteuse. Avec une source ordinaire, il faut donc diaphragmer pour augmenter la cohérence spatiale et utiliser un filtre coloré très sélectif pour accroître la cohérence temporelle. Néanmoins, il faut garder des différences de marche entre les deux faisceaux assez faibles, car la finesse des raies d’émissions naturelles est loin d’être aussi grande que celle des lasers. De toute façon, les deux dispositions décrites précédemment se traduisent par une perte considérable d’énergie, ce qui rend l’expérience très délicate. En 1948, Dennis Gabor utilisait cette méthode. Il ne pouvait, de ce fait, enregistrer que des hologrammes d’objets bien réfléchissants ou transparents pour ne pas perdre trop de lumière. Il fallut attendre l’apparition des lasers à gaz continus en 1962 pour que Emmet Leith et Suris Upatnieks rendent sa méthode opérationnelle applicable à des objets diffusants.

Le signal lumineux a donc été enregistré par le codage holographique. Une telle opération n’a manifestement d’intérêt que s’il lui correspond un décodage. En fait, la restitution holographique s’effectue très simplement.

L’hologramme est remis en place après développement de l’émulsion ; on supprime l’objet et on l’éclaire seulement par l’onde porteuse, qui prend alors le nom d’onde de référence. On voit apparaître l’objet exactement à la position qu’il occupait lors de l’enregistrement, tel un « fantôme » derrière la plaque photographique. Le décodage a ainsi été réalisé par diffraction de la lumière. Il est donc nécessaire de revenir sur les principes de la diffraction pour en donner l’explication.

Considérons, pour simplifier, les figures 4 et 5, où l’on enregistre seulement l’hologramme d’un point lumineux. Les franges d’interférence sont circulaires, concentriques, et l’éclairement dans le plan de la plaque est de la forme cos² x², x étant la distance du centre des franges. Après développement, l’hologramme présente donc une loi de transparence en énergie de la forme a + b cos² x², a et b dépendant des conditions d’éclairage et de développement. Ainsi, la plaque photographique se présente comme un réseau de Soret avec un fond continu. Si l’on éclaire ce réseau par une onde de référence, celui-ci diffracte la lumière. La théorie montre que, outre le faisceau directement transmis par la plaque, on obtient une image réelle et une image virtuelle. Cette dernière occupe par rapport à l’hologramme la position exacte qu’occupait le point source S₀ à l’enregistrement. En conséquence, la restitution holographique donne une image virtuelle située en S₀, une image réelle et un faisceau directement transmis par le fond continu. Les trois faisceaux sont spatialement séparés, ce qui permet d’observer distinctement soit l’image réelle, soit l’image virtuelle, non perturbées.

Si, maintenant, on enregistre non pas un point source, mais un objet diffusant, chaque point de cet objet s’enregistre et se restitue comme précédemment, et l’on obtient encore trois faisceaux. Le premier forme l’image virtuelle de l’objet dans l’espace, à la position qu’il occupait à l’enregistrement ; le deuxième en forme une image réelle ; le troisième correspond au faisceau directement transmis par la plaque et n’offre aucun intérêt. En général, on considère seulement l’image virtuelle, rigoureusement identique à l’objet, alors que l’image réelle en diffère sous plusieurs aspects. D’autre part, les effets d’épaisseur dans la gélatine font souvent disparaître cette image réelle, alors que l’efficacité de diffraction est maximale pour l’image virtuelle.

L’hologramme est réalisé sans l’interposition de lentilles entre l’objet et la plaque photographique ; chaque point de l’objet diffuse une onde qui est enregistrée par l’ensemble de l’émulsion. La correspondance entre l’objet et la plaque est du type point-plan : d’où le nom holographie (holos signifie en grec « tout entier », et graphein « écrire »). L’image holographique possède donc des propriétés spécifiques. En premier lieu, elle paraît identique à l’objet réel : elle possède les propriétés de profondeur de champ et de parallaxe. En déplaçant l’œil devant l’hologramme, on voit la perspective changer, et certaines parties de l’objet sont visibles sous un angle donné, mais disparaissent sous un autre angle. Chaque partie de l’hologramme permet donc de restituer l’objet en entier sous un angle donné. Ainsi, la plaque photographique brisée, chaque morceau permet la reconstruction de tout l’objet si ses dimensions sont supérieures au diamètre de la pupille de l’œil.

En faisant varier l’orientation ou la position de l’onde de référence, on obtient des effets de grandissement. Ainsi, si l’on éloigne ou rapproche la source de référence, l’image restituée paraît agrandie ou diminuée. À ce titre, l’hologramme possède des propriétés analogues à celles des lentilles pour l’objet enregistré ; un hologramme est un dispositif formateur d’une seule image. Cependant, des aberrations peuvent s’introduire, ce qui limite les effets à de faibles valeurs dans les longueurs d’onde visibles.

On obtient des effets de grandissement analogues en restituant l’hologramme avec un laser de longueur d’onde différente de celle d’enregistrement. En effet, la restitution se fait aussi en lumière monochromatique ; on peut en faire varier la longueur d’onde. Ainsi, l’apparition de lasers à rayons X permettrait d’enregistrer des hologrammes qui, restitués dans le visible, présenteraient des images très agrandies. On a calculé que la restitution à 6 328 Å d’enregistrements effectués à 1 Å permettrait d’atteindre des grandissements de l’ordre de 300 000.

Il est possible également d’imprimer plusieurs hologrammes différents dans l’épaisseur de la gélatine sans que ceux-ci se mélangent à la restitution. Il y a pour cela plusieurs procédés. On peut enregistrer les hologrammes les uns après les autres en changeant l’orientation du faisceau de référence et les restituer de la même façon. Pour un faisceau de référence donné, seule existe l’image correspondant à cette orientation ; les autres images sont éteintes, du fait que l’efficacité de diffraction de l’hologramme est alors nulle. Comme nous l’avons déjà mentionné, celle-ci est, par contre, maximale lorsque l’onde de référence est confondue avec l’onde porteuse d’enregistrement.