Cours de physique optique

Leçon 1 • Fondements de l'optique géométrique

Introduit l'optique des rayons, les lois de la réflexion et de la réfraction régissant 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 du matériau 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 basées sur la puissance radiométrique des mesures lumineuses photométriques. Équipe les étudiants pour spécifier et 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 une onde et une particule.

Leçon 1 • Interférences à faisceaux multiples

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

Leçon 2 • Interférences à deux faisceaux

Dérive les figures d'interférence 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 de cohérence 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 aux 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, les rectangles et les ouvertures circulaires. Relie la forme de l'ouverture à la symétrie de la figure de diffraction et à la résolution.

Leçon 2 • Optique de transformée de Fourier

Cadre 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'image optique.

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'image cohérente 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 semiconducteur et à fibre ainsi que leurs propriétés spectrales. Permet une sélection éclairée de la source en fonction des besoins en longueur d'onde, puissance et cohérence.

Leçon 3 • Techniques laser pulsé

Couvre le déclenchement Q, le verrouillage de modes et le vidage de cavité pour générer des impulsions courtes. Prépare les étudiants aux 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 de 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 focal et la profondeur de foyer. Guide la conception d'objectifs à 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 fondamental TEM₀₀. Établit le profil spatial utilisé tout au long de l'analyse de la propagation du faisceau.

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 d'Hermite-Gauss et de Laguerre-Gauss 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 du second ordre et du troisième ordre. Établit la base théorique de 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 second harmonique, la génération par somme et 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 provenant de χ⁽³⁾. Relie ces effets à l'élargissement d'impulsion 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 planaires, 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'onde photoniques intégrés

Étend la théorie des guides d'onde aux plates-formes planaires en silicium, silice et III-V pour les circuits photoniques intégrés. Couvre les pertes du guide d'onde, 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'onde et modes

Dérive les modes guidés dans les guides d'onde en dalle et cylindriques à partir des équations de Maxwell avec 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 d'appareil photo. Couvre les compromis entre champ de vision, grandissement et 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 optiques et métrologie

Couvre les tests de front d'onde interférométriques, la mesure de la FTM 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 la comparaison quantitative de conceptions optiques concurrentes.