L'interférométrie est une famille de techniques dans lesquelles desondes, généralementdes ondes électromagnétiques, se superposent, provoquant le phénomèned'interférence afin d'extraire des informations. L'interférométrie est une technique d'investigation importante dans les domaines suivants:astronomie,fibre optique,métrologie,métrologie optique,océanographie,séismologie,spectroscopie (et ses applications en chimie),mécanique quantique,physique nucléaire et des particules,physique des plasmas,télédétection, interactions biomoléculaires, profilage de surface,microfluidique, mesure de contrainte / déformation mécanique,vélocimétrie etoptométrie.
Les interféromètres sont largement utilisés dans la science et l'industrie pour mesurer les petits déplacements, les changements d'indice de réfraction et les irrégularités de surface. Dans uninterféromètre, lalumière provenant d'une source unique est divisée en deux faisceaux qui parcourent différents trajets optiques, puis sont combinés de nouveau pour produire uneinterférence. Les franges d'interférence résultantes donnent des informations sur la différence de longueur du chemin optique. En science analytique, lesinterféromètres sont utilisés pour mesurer les longueurs et la forme des composants optiques avec une précision nanométrique; ils sont lesinstruments de mesure de longueur de précision la plus élevée existant. En spectroscopie à transformée de Fourier, ils sont utilisés pour analyser la lumière contenant des caractéristiques d'absorption ou d'émission associées à une substance ou un mélange. Un interféromètre astronomique se compose de deux ou plusieurs télescopes distincts qui combinent leurs signaux, offrant une résolution équivalente à celle d'un télescope de diamètre égal à la plus grande séparation entre ses éléments individuels.
L'interférométrie utilise le principe de la superposition pour combiner lesondes de telle sorte que le résultat de leur combinaison ait une propriété significative qui soit le diagnostic de l'état originaldes ondes. Cela fonctionne parce que lorsque deuxondes de mêmefréquence se combinent, le diagramme d'intensité résultant est déterminé par ladifférence de phase entre les deuxondes: les ondes en phase subissent uneinterférence constructive tandis que lesondesdéphasées subissent uneinterférence destructive. Lesondes qui ne sont pas complètement en phase ou complètementdéphasées auront un diagramme d'intensité intermédiaire, qui peut être utilisé pour déterminer leur différence de phase relative. La plupart desinterféromètres utilisent lalumière ou une autre forme d'onde électromagnétique.
Typiquement, un seulfaisceau entrant delumière cohérente sera divisé en deuxfaisceaux identiques par un séparateur defaisceau (unmiroir partiellement réfléchissant). Chacun de cesfaisceaux se déplace sur une route différente, appelée chemin, et ils sont recombinés avant d'arriver à undétecteur. Ladifférence de marche, la différence de distance parcourue par chaque faisceau, crée unedifférence de phase entre eux. C'est cettedifférence de phase introduite qui crée le modèle d'interférence entre lesondes initialement identiques. Si un seulfaisceau a été divisé le long de deux chemins, alors ladifférence de phase est le diagnostic de tout ce qui change la phase le long des chemins. Cela pourrait être un changement physique de la longueur du trajet lui-même ou un changement de l'indice de réfraction le long du trajet.
L'interférométrie est utilisée enastronomie aussi bien avec destélescopes optiques qu'avec desradiotélescopes. Son avantage est de permettre unerésolution équivalente à celle d'un miroir (ou radiotélescope) de diamètre équivalent à l'écart entre les instruments combinés. Lecontraste des franges permet ensuite d'obtenir une information sur la taille de l'objet observé ou sur laséparation angulaire entre deux objets observés (par exemple, un systèmeétoile -planète). Cette méthode fut d'abord décrite parHippolyte Fizeau vers 1850[1], puis mise en œuvre parAlbert Michelson etFrancis Pease en 1920 avant d'être développée parAntoine Labeyrie dans les années1970.
On utilise couramment des interféromètres en recherche dans de nombreux autres domaines de la physique. Par exemple, des interféromètres de Michelson ont permis de réaliser l'expérience d'interférométrie de Michelson et Morley qui a montré que lavitesse de la lumière estisotrope dans tout référentiel inertiel et rendu inutile l'hypothèse de l'éther. Des tentatives de détecter lesondes gravitationnelles (comme le projetVIRGO) l'utilisent également.
Les mesures effectuées avec des interféromètres dépendent souvent de lalongueur d'onde. On s'en sert donc enspectrométrie pour déterminer lespectre lumineux de différentes sources de lumière.
L'interférométrie est aussi utilisée pour estimer la qualité des optiques. En effet dans certaines applications, les optiques utilisées ne doivent pas avoir de « défauts » (c'est-à-dire : pas de rayures, de bosses…). Ainsi, grâce à l'obtention d'une figure d'interférence, il est possible de détecter les défauts d'un verre pour les corriger.
Des interféromètres sont utilisés dans la formation scientifique dans le domaine de l'optique.
Enlecture optique, un faisceau laser est focalisé sur une piste composée de plats et de creux de quelques nanomètres de profondeur. Lorsqu'il y a changement de profondeur, une interférence destructive est observée par un capteur optique, l'information "1" est codée.
L'interférométrie est également utilisée dans le domaine de l'acoustique sous-marine : il existe dessonars par interférométrie.
On parle d'interféromètre à division du front d'onde lorsque les ondes interférant entre elles proviennent de différents points de l'onde.
La plus simple façon de réaliser des interférences est d'utiliser desfentes de Young qui sont simplement deux fentes côte-à-côte. Elles permettent de diviser le faisceau de lumière en deux, pour les faire ensuite interférer (un exemple d'image obtenue est donné ci-contre). D'autres dispositifs comme lesmiroirs de Fresnel ou lemiroir de Lloyd peuvent être utilisés pour créer par réflexion des interférences à partir d'une source ponctuelle unique.
Unréseau optique est constitué d'une série de fentes ou de réflecteurs. Il est donc, en quelque sorte, une généralisation des fentes de Young, car le faisceau de lumière est divisé en de nombreuses parties qui interfèrent entre elles. On considère toutefois rarement qu'il constitue à lui seul un interféromètre, mais on peut s'en servir dans des appareils tels que legoniomètre.
On parle d'interféromètre à division d'amplitude lorsque les ondes interférant entre elles proviennent de la division en plusieurs faisceaux de l'amplitude de l'onde sur toute sa surface. Ces interféromètres sont souvent de meilleure qualité, et sont donc utilisés dans les mesures d'optique de précision.
Le principe d'unInterféromètre de Michelson est de diviser le faisceau de lumière incidente en deux, puis dedéphaser un faisceau par rapport à l'autre, et enfin de les faire interférer : il s'agit d'interférences à deux ondes.
L'Interféromètre de Mach-Zehnder et l'interféromètre deSagnac fonctionnent sur le même principe que le précédent, mais leur conception est différente.
L'interféromètre de Fizeau fait interférer les réflexions de deux surfaces optiques placées en vis-à-vis, afin par exemple de contrôler leur qualité.
Uninterféromètre de Fabry-Perot est constitué de deuxlames à faces parallèles entre lesquelles la lumière effectue des aller-retour, et les faibles fractions qui en ressortent à chaque aller-retour interfèrent entre elles : il s'agit d'interférences à ondes multiples.
Un autre interféromètre à ondes multiples est celui deGires-Tournois, constitué d'une seule lame aux faces parallèles particulièrement réfléchissantes, l'une étant traitée pour qu'elle le soit quasi-parfaitement. Un faisceau lumineux parvenant par la face opposée à cette dernière est encore divisé, par réfractions et réflexions successives, en un ensemble d'ondes, dont l'interférence peut être observée du côté éclairé.
Leprisme de Wollaston peut être utilisé pour réaliser une interférométrie.
| nom | localisation | N | B m | λ (µm) |
|---|---|---|---|---|
| Infrared Spatial Interferometer (ISI) | Mont Wilson,É.-U. | 3 | 30 | 10 |
| Cambridge Optical Aperture Synthesis Telescope (COAST) | Cambridge,Royaume-Uni | 5 | 65 | 0,40–0,95 1,2-1,8 |
| Sydney University Stellar Interferometer (en) (SUSI) | Narrabri,Australie | 2 | 640 | 0,40–0,9 |
| Navy Prototype Optical Interferometer (NPOI) | Anderson Mesa,É.-U. | 6 | 435 | 0,45–0,85 |
| Mitaka optical-Infrared Array (MIRA-I) | Tokyo,Japon | 2 | 4 | 0,8 |
| Center for High Angular Resolution Astronomy Array (CHARA-Array) | Mont Wilson,É.-U. | 6 | 350 | 0,45–2,4 |
| Very Large Telescope Interferometer (VLTI) | Cerro Paranal,Chili | 4 | 200 | 1,2–13 |
| Large Binocular Telescope (LBT) | Mont Graham,É.-U. | 2 | 23 | 0,4–400 |
Le terme interférométrie, en télédétection active (imagerie à partir d'unradar), désigne la technique ou les méthodes utilisant au moins deux images complexes[note 1] d'unradar à synthèse d'ouverture (RSO) (SAR ouSynthetic Aperture Radar en anglais), afin d'obtenir des informations supplémentaires sur les objets présents dans une seule image RSO, en exploitant l'information contenue dans la phase du signal RSO.Cette technique trouve des applications directes engéophysique grâce à sa capacité de déceler des déplacements d'ordre centimétrique.
L'interférométrie est aussi utilisée en télédétection passive (radiométrie). Le radiomètre MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis)[2], embarqué à bord dusatellite SMOS, permet de mesurer l'humidité des sols et lasalinité de surface des océans dans la bande L selon ce principe.
