L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, de son comportement et de ses propriétés, du rayonnement électromagnétique à la vision en passant par les systèmes utilisant ou émettant de la lumière. Du fait de ses propriétés ondulatoires, le domaine de la lumière peut couvrir le lointain UV jusqu'au lointain IR en passant par les longueurs d'onde visibles. Ces propriétés recouvrent alors le domaine des ondes radio, micro-ondes, des rayons X et des radiations électromagnétiques.
La plupart des phénomènes optiques peuvent être expliqués en utilisant la description électromagnétique classique. Cependant, cette description, bien que complète, est souvent difficile à appliquer en pratique : on utilise plus souvent des modèles simplifiés. Le plus commun d'entre eux, l'optique géométrique, considère la lumière comme un ensemble de rayons voyageant en ligne droite et qui s'incurvent quand ils traversent ou se réfléchissent sur des surfaces. L'optique physique est un modèle plus complet, incluant les effets ondulatoires comme la diffraction et les interférences, qui ne sont pas prises en compte dans le modèle géométrique. Historiquement, le modèle basé sur les rayons a été développé en premier, suivi par le modèle ondulatoire. Des progrès dans la théorie électromagnétique au cours du ont conduit à la découverte du fait que la lumière est un rayonnement électromagnétique.
Certains phénomènes dépendent du fait que la lumière possède à la fois des propriétés corpusculaires et des propriétés ondulatoires. L'explication de ces effets est possible grâce à la mécanique quantique. Lorsqu'on considère la lumière comme une particule, on peut la modéliser comme un ensemble de photons. L'optique quantique traite de l'application de la mécanique quantique aux systèmes optiques.
L'optique trouve des applications et est étudiée dans beaucoup de domaines, incluant l'astronomie, différents champs de l'ingénierie, la photographie ou encore la médecine.
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Ce cours décrit les principaux concepts physiques utilisés en astrophysique. Il est proposé à l'EPFL aux étudiants de 2eme année de Bachelor en physique.
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Les coefficients de Fresnel, introduits par Augustin Jean Fresnel (1788-1827), interviennent dans la description du phénomène de réflexion-réfraction des ondes électromagnétiques à l'interface entre deux milieux, dont l'indice de réfraction est différent. Ils expriment les liens entre les amplitudes des ondes réfléchies et transmises par rapport à l'amplitude de l'onde incidente. On définit le coefficient de réflexion en amplitude r et le coefficient de transmission en amplitude t du champ électrique par : où Ei, Er et Et sont les amplitudes associées respectivement au champ électrique incident, réfléchi et transmis (réfracté).
Le formalisme de Jones est un formalisme matriciel permettant de décrire l'état de polarisation de la lumière, ou de manière générale d'une onde électromagnétique, et son évolution à travers un système optique. Ce formalisme doit son nom à son inventeur Robert C. Jones qui le définit en 1941. Dans ce formalisme, on représente la lumière polarisée par un vecteur de Jones et les éléments optiques linéaires sont représentés par des matrices de Jones.
Alhazen ou Alhacen, de son vrai nom Ibn al-Haytham ou de son nom complet Abu Ali al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Haytham (en arabe : أبو علي الحسن بن الحسن بن الهيثم ) (Bassora, c.965 – Le Caire, c.1040) est un mathématicien, philosophe, physiologiste et physicien du monde médiéval arabo-musulman. Considéré comme un pionnier de la méthode scientifique et le fondateur de l'optique moderne, il s'illustre par ses travaux novateurs dans toutes les branches de l'optique, principalement en optique géométrique et physiologique.
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EPFL2022
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