Pourquoi un laser donne-t-il du speckle, et pas une lampe ?

Il faut de la cohérence spatiale et temporelle. Le laser est monochromatique et sort d’une ouverture étroite — les phases aléatoires s’ajoutent en une figure stable. Une lampe a beaucoup de longueurs d’onde et de points d’émission : l’interférence change vite et la moyenne donne une tache uniforme.

Le speckle est-il une propriété de l’écran ou de la lumière ?

Du système tout entier : lumière cohérente plus une rugosité qui impose des phases aléatoires. Tournez la surface — la figure change. L’apparition même du speckle est la conséquence d’un éclairage cohérent de n’importe quelle surface rugueuse.

Que dit la taille des grains ?

Elle croît avec la longueur d’onde et décroît avec la taille angulaire du faisceau sur le détecteur. Plus l’ouverture est étroite, plus les grains sont gros. Le lien est le même que pour la limite de diffraction.

Le speckle ne fait-il que gêner, ou s’en sert-on ?

En imagerie, c’est souvent un bruit. En métrologie, l’interférométrie de speckle et la corrélation des figures mesurent de petits déplacements, des vibrations et la rugosité.

Figure de speckle laser

Lumière cohérente et phases aléatoires : figure granuleuse I ∝ |Σ exp(i(k·r + φ))|². Modèle qualitatif de diffusion.

À propos du modèle

La figure de speckle laser est une interférence granuleuse, lorsque de la lumière cohérente se réfléchit sur une surface rugueuse ou traverse un diffuseur. Le champ dans le plan d’observation est la somme de contributions à phases aléatoires : E = Σ A_j exp(i(k·r_j + φ_j)), l’intensité I ∝ |E|². Les phases aléatoires donnent des grains clairs et sombres. La lumière est monochromatique et parfaitement cohérente, les phases sont uniformes sur [0, 2π), la coupe est bidimensionnelle. La taille moyenne du grain est liée à la longueur d’onde et à l’ouverture angulaire, comme pour la limite de diffraction. À l’écran, une réalisation de la somme ; de nouvelles phases donnent une autre figure. Une lumière incohérente ne produit pas de speckle : les figures s’effacent en moyenne.

Public : Optique ondulatoire de licence : cohérence, interférences, speckle.

Notions clés

figure de speckle
cohérence
interférences
phase aléatoire
superposition
intensité

Comment ça marche

Beaucoup d’ondes cohérentes à phases aléatoires s’ajoutent dans le plan de l’écran : I ∝ |Σ exp(i(k·r + φ))|². On obtient une figure granuleuse — le même speckle qu’un pointeur laser sur un mur. Le nombre d’ondes et une nouvelle réalisation aléatoire des phases changent la taille des grains et le dessin. C’est une somme qualitative, pas le calcul complet d’une surface rugueuse.

Questions fréquentes

Pourquoi un laser donne-t-il du speckle, et pas une lampe ?: Il faut de la cohérence spatiale et temporelle. Le laser est monochromatique et sort d’une ouverture étroite — les phases aléatoires s’ajoutent en une figure stable. Une lampe a beaucoup de longueurs d’onde et de points d’émission : l’interférence change vite et la moyenne donne une tache uniforme.
Le speckle est-il une propriété de l’écran ou de la lumière ?: Du système tout entier : lumière cohérente plus une rugosité qui impose des phases aléatoires. Tournez la surface — la figure change. L’apparition même du speckle est la conséquence d’un éclairage cohérent de n’importe quelle surface rugueuse.
Que dit la taille des grains ?: Elle croît avec la longueur d’onde et décroît avec la taille angulaire du faisceau sur le détecteur. Plus l’ouverture est étroite, plus les grains sont gros. Le lien est le même que pour la limite de diffraction.
Le speckle ne fait-il que gêner, ou s’en sert-on ?: En imagerie, c’est souvent un bruit. En métrologie, l’interférométrie de speckle et la corrélation des figures mesurent de petits déplacements, des vibrations et la rugosité.

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