Accueil Optipédia Rappels d'optique La lumière

Comme nous le savons depuis les travaux de Newton et de Huygens, la lumière peut être appréhendée à la fois comme un flux de particules - les photons – et comme un rayonnement électromagnétique.

Dans le cas qui nous intéresse ici et qui est la compréhension des systèmes optiques utilisés en astronomie, le modèle ondulatoire est suffisant. Ce modèle définit la lumière comme une variation périodique de deux champs électriques et magnétiques perpendiculaires à la direction de propagation de l’onde .

onde électromagnétique 

Il faut noter que dans la pratique astrophotographique, l’approche corpusculaire est elle aussi indispensable pour comprendre le comportement des capteurs des systèmes d’imagerie.

Dans l’approche ondulatoire, un flux lumineux est une onde électromagnétique tridimensionnelle. Cette onde électromagnétique, comme toutes les ondes, est caractérisée par sa direction, sa longueur d’onde, sa phase, sa vitesse, son intensité et la polarité. On représente souvent par simplification l’onde lumineuse sous la forme d’une sinusoïde en deux dimensions.

onde 

  • La direction de la lumière est le vecteur qui définit le sens de propagation de l’onde.
  • La longueur d’onde est la couleur de la lumière, comprise entre 400nm (bleu) et 700nm (rouge) pour le spectre visible. C’est la largeur de la période des sinusoïdes.
  • La phase est le calage temporel des ondes qui forment un flux lumineux. Par convention, le point le plus haut de la sinusoïde représente son origine. Les phases de plusieurs ondes de même direction et de même longueur d’onde peuvent être décalées ou pas. Quand les phases sont les mêmes (identiques sur un même plan, c'est-à-dire que les variations d’amplitude de l’onde sont synchrones), la lumière est dite temporellement cohérente. C’est le cas des lasers. La phase et ses décalages permettent d’expliquer les phénomènes d’interférences qui sont utilisés entre autres en métrologie optique.

 onde cohérente

  • La vitesse de la lumière est invariante dans le vide. En revanche, elle varie selon les milieux de transmission, notamment dans le verre. C’est ce phénomène qui explique la réfraction de la lumière par le verre.
  • L’intensité de l’onde détermine l’intensité du flux lumineux. C’est la hauteur des sinusoïdes.
  • La polarité représente l’évolution temporelle en rotation autour de l’axe de propagation des vecteurs  et  dans l’espace.

 

polarisation

 

Cette onde électromagnétique peut comme on l’a vu être représentée par une sinusoïde. Cette représentation est souvent une simplification puisque l’on parle en général d’un flux d’onde composé d’une infinité d’ondes qui sont parallèles dans le cas de la lumière d’un objet situé à l’infini (ou presque…) comme c’est le cas en astronomie. On simplifie donc en ne retenant qu’une seule onde. En revanche la métrologie et la photonique par l’utilisation de lasers cohérents spatialement et temporellement se placent volontairement dans ces conditions simples.