4.8 : Holographie

Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

• Décrire comment une image tridimensionnelle est enregistrée sous forme d'hologramme
• Décrire comment une image tridimensionnelle est formée à partir d'un hologramme

Un hologramme, tel que celui de la figure\(\PageIndex{1}\), est une véritable image tridimensionnelle enregistrée sur film par des lasers. Les hologrammes sont utilisés pour le divertissement, la décoration d'articles de fantaisie et de couvertures de magazines, la sécurité des cartes de crédit et des permis de conduire (un laser et d'autres équipements sont nécessaires pour les reproduire) et pour le stockage sérieux d'informations tridimensionnelles. Vous pouvez voir qu'un hologramme est une véritable image tridimensionnelle, car les objets changent de position relative dans l'image lorsqu'ils sont vus sous différents angles.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Les cartes de crédit comportent généralement des hologrammes pour les logos, ce qui les rend difficiles à reproduire. (crédit : Dominic Alves)

Le nom hologramme signifie « image complète » (du grec holo, comme en holistique) car l'image est tridimensionnelle. L'holographie est le processus de production d'hologrammes et, bien qu'ils soient enregistrés sur un film photographique, le processus est très différent de la photographie normale. L'holographie utilise des interférences lumineuses ou des optiques ondulatoires, tandis que la photographie normale utilise des optiques géométriques. La figure\(\PageIndex{2}\) montre une méthode de production d'un hologramme. La lumière cohérente émise par un laser est divisée par un miroir, une partie de la lumière éclairant l'objet. Le reste, appelé faisceau de référence, brille directement sur un morceau de film. La lumière diffusée par l'objet interfère avec le faisceau de référence, produisant des interférences constructives et destructrices. En conséquence, le film exposé semble brumeux, mais un examen attentif révèle un schéma d'interférence complexe qui y est stocké. Là où l'interférence était constructive, le film (un négatif en fait) est assombri. L'holographie est parfois appelée photographie sans objectif, car elle utilise les caractéristiques ondulatoires de la lumière, contrairement à la photographie normale, qui utilise des optiques géométriques et nécessite des objectifs.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Réalisation d'un hologramme. La lumière cohérente à longueur d'onde unique émise par un laser produit un motif d'interférence bien défini sur un morceau de film. Le faisceau laser est divisé par un miroir partiellement argenté, une partie de la lumière éclairant l'objet et le reste brillant directement sur le film. (crédit : modification de l'œuvre de Mariana Ruiz Villarreal)

La lumière qui tombe sur un hologramme peut former une image tridimensionnelle de l'objet original. Le processus est compliqué dans les détails, mais les bases peuvent être comprises, comme le montre la figure\(\PageIndex{3}\), dans laquelle un laser du même type que celui qui a exposé le film est maintenant utilisé pour l'éclairer. La myriade de petites zones exposées du film sont sombres et bloquent la lumière, tandis que les zones moins exposées laissent passer la lumière. Le film agit donc comme un ensemble de réseaux de diffraction avec différents motifs d'espacement. La lumière traversant l'hologramme est diffractée dans différentes directions, produisant des images réelles et virtuelles de l'objet utilisé pour exposer le film. Le schéma d'interférence est le même que celui produit par l'objet. Déplacer votre œil à différents endroits du schéma d'interférence vous donne différentes perspectives, tout comme si vous regardiez directement l'objet. L'image ressemble donc à l'objet et est tridimensionnelle comme l'objet.

Figure\(\PageIndex{3}\) : Un hologramme de transmission est un hologramme qui produit des images réelles et virtuelles lorsqu'il est traversé par un laser du même type que celui qui a exposé l'hologramme. La diffraction à partir de différentes parties du film produit le même schéma d'interférence que celui produit par l'objet utilisé pour l'exposer. (crédit : modification de l'œuvre de Mariana Ruiz Villarreal)

L'hologramme illustré sur la figure\(\PageIndex{3}\) est un hologramme de transmission. Les hologrammes visualisés avec de la lumière réfléchie, tels que les hologrammes à lumière blanche sur les cartes de crédit, sont des hologrammes par réflexion et sont plus courants. Les hologrammes à lumière blanche apparaissent souvent un peu flous avec les bords de l'arc-en-ciel, car les motifs de diffraction des différentes couleurs de lumière se situent à des endroits légèrement différents en raison de leurs différentes longueurs d'onde. Les autres utilisations de l'holographie incluent tous les types de stockage d'informations tridimensionnelles, tels que les statues dans les musées, les études techniques de structures et les images d'organes humains.

Inventée à la fin des années 1940 par Dennis Gabor (1900-1970), qui a remporté le prix Nobel de physique en 1971 pour ses travaux, l'holographie est devenue beaucoup plus pratique avec le développement du laser. Comme les lasers produisent une lumière cohérente à longueur d'onde unique, leurs diagrammes d'interférence sont plus prononcés. La précision est telle qu'il est même possible d'enregistrer de nombreux hologrammes sur une seule feuille de film en modifiant simplement l'angle du film pour chaque image successive. C'est ainsi que sont produits les hologrammes qui bougent lorsque vous les passez, une sorte de film sans objectif.

De la même manière, dans le domaine médical, les hologrammes ont permis des affichages holographiques tridimensionnels complets d'objets à partir d'une pile d'images. Le stockage de ces images pour une utilisation ultérieure est relativement facile. L'utilisation d'un endoscope permet de réaliser des images holographiques tridimensionnelles à haute résolution d'organes et de tissus internes.