Cours de physique optique

Leçon 1 • Fondamentaux de l'Optique Géométrique

Introduit l'optique des rayons, les lois de la réflexion et de la réfraction qui régissent la lumière aux interfaces. Fournit les outils pour analyser les miroirs, les prismes et les systèmes de lentilles de base.

Leçon 2 • Matériaux Optiques et Indice de Réfraction

Examine comment la composition des matériaux détermine l'indice de réfraction et la vitesse de propagation de la lumière. Relie les propriétés des matériaux à la conception pratique des lentilles et des fibres.

Leçon 3 • Grandeurs Photométriques et Radiométriques

Distingue les mesures radiométriques basées sur la puissance des mesures photométriques lumineuses. Permet aux étudiants de spécifier et d'évaluer les performances des systèmes optiques.

Leçon 4 • Nature du Rayonnement Électromagnétique

Couvre le spectre électromagnétique, les relations fréquence-longueur d'onde et l'énergie du photon. Ancre le cours en définissant la lumière à la fois comme onde et comme particule.

Leçon 1 • Interférences à Multiples Faisceaux

Étend l'analyse à deux faisceaux aux réflexions multiples dans les étalons et les empilements de couches minces. Explique la transmission à bande étroite et la conception de miroirs à haute réflectance.

Leçon 2 • Interférences à Deux Faisceaux

Dérive les figures de franges à partir des configurations à double fente et de couches minces. Relie la différence de marche aux conditions d'interférence constructive et destructive.

Leçon 3 • Superposition et Cohérence

Analyse comment deux ondes ou plus se combinent et définit la cohérence temporelle et spatiale. La longueur et le temps de cohérence sont liés à la largeur de bande de la source.

Leçon 4 • Configurations d'Interféromètres

Examine les interféromètres de Michelson, Mach-Zehnder et Fabry-Pérot ainsi que leurs principes de fonctionnement. Prépare les étudiants pour les applications de mesure de précision et de spectroscopie.

Leçon 1 • Figures de Diffraction de Fraunhofer

Calcule les distributions d'intensité en champ lointain pour les fentes, rectangles et ouvertures circulaires. Relie la forme de l'ouverture à la symétrie et à la résolution de la figure de diffraction.

Leçon 2 • Optique par Transformée de Fourier

Considère l'action d'une lentille comme une transformée de Fourier et introduit le domaine des fréquences spatiales. Fournit la base pour le filtrage spatial et le traitement d'images optiques.

Leçon 3 • Principe de Diffraction de Huygens-Fresnel

Dérive l'intégrale de Huygens-Fresnel et distingue les régimes de champ proche et de champ lointain. Établit le fondement mathématique pour tous les calculs de diffraction.

Leçon 4 • Filtrage Spatial et Holographie

Applique l'optique de Fourier au filtrage passe-bas, passe-haut et adapté, puis s'étend à l'enregistrement holographique. Démontre la reconstruction d'images cohérentes et le stockage de fronts d'onde.

Leçon 1 • Caractéristiques de Sortie du Laser

Quantifie la divergence du faisceau, le facteur de qualité M², la largeur de raie et les propriétés de bruit. Fournit des métriques pour comparer et spécifier les sources laser.

Leçon 2 • Milieux à Gain Laser et Types

Passe en revue les milieux à gain laser à l'état solide, à gaz, à semi-conducteur et à fibre ainsi que leurs propriétés spectrales. Permet une sélection éclairée des sources en fonction des besoins en longueur d'onde, puissance et cohérence.

Leçon 3 • Techniques Laser Pulsées

Couvre le déclenchement Q, le verrouillage de modes et le vidage de cavité pour générer des impulsions courtes. Prépare les étudiants pour les applications laser ultrarapides et à haute puissance crête.

Leçon 4 • Émission Stimulée et Inversion de Population

Dérive les coefficients A et B d'Einstein et les conditions pour le gain optique. Relie l'inversion de population aux schémas de pompage et au seuil de gain.

Leçon 1 • Focalisation et Collimation des Faisceaux

Applique le formalisme ABCD pour calculer la taille du point focalisé et la profondeur de champ. Guide la conception d'objectifs de focalisation serrée et de faisceaux collimatés à longue portée.

Leçon 2 • Fondamentaux du Faisceau Gaussien

Définit le col du faisceau, la portée de Rayleigh et la courbure du front d'onde pour le mode TEM₀₀ fondamental. Établit le profil spatial utilisé dans toute l'analyse de la propagation des faisceaux.

Leçon 3 • Méthode Matricielle de Transfert de Rayons ABCD

Introduit la matrice de rayons 2×2 pour l'espace libre, les lentilles et les interfaces, puis l'étend aux faisceaux gaussiens via le paramètre de faisceau complexe. Permet l'analyse de systèmes en cascade.

Leçon 4 • Modes de Faisceau d'Ordre Supérieur

Étend l'analyse gaussienne aux modes Hermite-Gaussiens et Laguerre-Gaussiens ainsi qu'à leur moment cinétique orbital. Relie la structure modale aux applications de mise en forme de faisceau et de piégeage.

Leçon 1 • Polarisation Non Linéaire et Susceptibilité

Développe la polarisation diélectrique en une série de puissances de l'amplitude du champ et définit les tenseurs χ⁽²⁾ et χ⁽³⁾. Établit la base théorique pour tous les processus optiques non linéaires.

Leçon 2 • Conversion de Fréquence du Second Ordre

Dérive les conditions d'accord de phase pour la génération de seconde harmonique, la génération de somme et de différence de fréquences. Permet la conception de convertisseurs de longueur d'onde et d'oscillateurs paramétriques optiques.

Leçon 3 • Effets Non Linéaires du Troisième Ordre

Analyse l'automodulation de phase, la modulation de phase croisée et le mélange à quatre ondes résultant de χ⁽³⁾. Relie ces effets à l'élargissement des impulsions et à la conversion de longueur d'onde dans les fibres.

Leçon 4 • Dispositifs Optiques Non Linéaires

Passe en revue les modulateurs électro-optiques, les limiteurs optiques et les commutateurs tout-optiques basés sur des effets non linéaires. Fait le pont entre la théorie non linéaire et la conception pratique de dispositifs photoniques.

Leçon 1 • Coupleurs et Diviseurs de Fibres

Analyse le couplage évanescent dans les coupleurs directionnels à fibre fusionnée et plans ainsi que les diviseurs de multiplexage en longueur d'onde. Fournit des règles de conception pour la division de puissance et le routage en longueur d'onde.

Leçon 2 • Guides d'Ondes Photoniques Intégrés

Étend la théorie des guides d'ondes aux plates-formes planes en silicium, silice et III-V pour les circuits intégrés photoniques. Couvre la perte des guides d'ondes, le rayon de courbure et le couplage avec la fibre.

Leçon 3 • Types de Fibres et Fabrication

Compare les fibres à saut d'indice, à gradient d'indice et à cristal photonique en termes de dispersion et de perte. Couvre les processus de fabrication et d'étirage de la préforme pertinents pour la spécification des fibres.

Leçon 4 • Théorie des Guides d'Ondes et Modes

Dérive les modes guidés dans les guides d'ondes plans et cylindriques à partir des équations de Maxwell avec des conditions aux limites. Établit le cadre modal pour l'analyse des fibres et de l'optique intégrée.

Leçon 1 • Conception de Systèmes d'Imagerie

Applique l'optique paraxiale et les budgets d'aberration pour concevoir des microscopes, des télescopes et des objectifs de caméra. Couvre les compromis entre le champ de vision, le grossissement et la profondeur de champ.

Leçon 2 • Théorie des Aberrations et Correction

Introduit les aberrations de Seidel, la représentation par polynômes de Zernike et les stratégies de correction utilisant des combinaisons de lentilles. Relie l'analyse des aberrations aux métriques de qualité d'image.

Leçon 3 • Tests et Métrologie Optiques

Couvre les tests de front d'onde interférométriques, la mesure du MTF et les procédures d'alignement pour les systèmes assemblés. Fournit des compétences pratiques pour vérifier les performances optiques par rapport aux spécifications.

Leçon 4 • Métriques des Systèmes Optiques

Définit la fonction de transfert de modulation, la fonction d'étalement du point et le rapport de Strehl comme mesures de la qualité d'image. Permet une comparaison quantitative des conceptions optiques concurrentes.