Cohérence (physique)
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2008-07-01T09:28:55Z
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{{Voir homonymes|Cohérence}}
{{ébauche|physique}}
La '''cohérence''' en [[physique]] est l'ensemble des propriétés de corrélation d'un système ondulatoire. Son sens initial était la mesure de la capacité d'[[onde]](s) à donner naissances à des [[interférence]]s - du fait de l'existence d'une relation de [[Phase (onde)|phase]] définie - mais il s'est élargi. On peut parler de cohérence entre 2 ondes, entre les valeurs d'une même onde à deux instants différents (cohérence temporelle) ou entre les valeurs d'une même onde à deux endroits différents (cohérence spatiale).
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A wave can also be coherent with itself, a property known as temporal coherence. If a wave is combined with a delayed copy of itself (as in a Michelson interferometer), the duration of the delay over which it produces visible interference is known as the coherence time of the wave, Δtc. From this, a corresponding coherence length can be calculated:
:<math>\Delta x_c = c \Delta t_c \,\!</math>
where c is the speed of the wave.
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Le terme ''cohérent'' s'emploie à la fois pour une [[radiation électromagnétique]] ou pour des particules, dont le comportement ondulatoire a été postulé en 1924 par [[Louis de Broglie]].
== Cohérence temporelle ==
La cohérence temporelle d'une onde est liée à la [[largeur de bande]] spectrale de la source. Une onde réellement [[monochromatique]] (une seule [[fréquence]]) aurait, en théorie, un temps et une longueur de cohérence infinis. En pratique, aucune onde n'est réellement monochromatique (car cela requiert un [[train d'ondes]] de durée infinie), mais, en général, le temps de cohérence de la source est inversement proportionnel à sa largeur de bande Δν. On définit le temps de cohérence <font face="Symbol">τ<sub>c</sub></font> de la source par l'inverse de la [[largeur spectrale]] <font face="Symbol">τ<sub>c</sub>=1/</font>Δν. La longueur de cohérence temporelle est <font face="Symbol">L<sub>c</sub>=vτ<sub>c</sub></font>, où v est la vitesse de propagation de l'onde. Si les différents chemins suivis par l'onde diffèrent d'une longueur supérieure à <font face="Symbol">L<sub>c</sub>=vτ<sub>c</sub></font>, il n'y aura pas d'interférences.
== Cohérence spatiale ==
Les ondes ont également une cohérence spatiale ; c'est la capacité de chacun des points du [[front d'onde]] à interférer avec n'importe quel autre point. En effet, si la source est étendue, il y aura addition d'ondes incohérentes émises par chaque point source, ce qui peut brouiller les interférences.
L'expérience des [[fentes de Young]] repose sur la cohérence spatiale du faisceau illuminant les deux fentes : si le faisceau avait été incohérent spatialement, par exemple si la lumière solaire n'était pas passée à travers une première fente, alors aucune frange d'interférence ne serait apparue. La largeur de cohérence de la source donne la taille maximale permise pour qu'il y ait interférences. Dans le cas des fentes de Young, la largeur de cohérence est <font face="Symbol">l<sub>s</sub>=λD/ΔS</font> (<font face="Symbol">λ</font> est la longueur d'onde de la source, <font face="Symbol">ΔS</font> la largeur de la distribution spatiale d'intensité et D la distance où l'on se place) : la largeur de cohérence dépend donc à la fois de caractéristiques intrinsèques à la source (<font face="Symbol">λ</font> et <font face="Symbol">ΔS</font>) et de la distance à laquelle on se trouve : plus on s'éloigne, plus la source se rapproche d'une source ponctuelle.
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Spatial coherence is high for sphere waves and plane waves, and therefore is related to the size of the light source. À point source of zero diameter emits spatially coherent light, while the light from a collection of point-sources (or from a source of finite diameter) would have lower coherence. Spatial coherence can be increased with a spatial filter; a very small pinhole preceded by a condenser lens. The spatial coherence of light will increase as it travels away from the source and becomes more like a sphere or plane wave. Light from distant stars, though far from monochromatic, has extremely high spatial coherence. The science of stellar interferometry relies on the coherence of starlight.
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== Incohérence ==
Par opposition, ''incohérent'' qualifie un faisceau qui ne dispose pas de ces caractéristiques.
Les ondes incohérentes, lorsqu'elles sont combinées, produisent des [[interférence]]s qui se déplacent rapidement. Un détecteur va alors faire la moyenne de l'[[Intensité lumineuse|intensité]] reçue, et il n'y aura pas d'interférences : les intensités s'ajoutent.
== Exemples ==
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Light waves produced by a laser often have high temporal and spatial coherence (though the degree of coherence depends strongly on the exact properties of the laser). For example, a stabilised helium-neon laser can produce light with coherence lengths in excess of 5 m. Light from common sources (such as light bulbs) is not monochromatic and has a very short coherence length (~1 μm), and can be considered totally temporally incoherent for most purposes. Spatial coherence of laser beams also manifests itself as speckle patterns and diffraction fringes seen at the edges of shadow.
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Holography requires temporally and spatially coherent light. Its inventor, Dennis Gabor, produced successful holograms more than ten years before lasers were invented. To produce coherent light he passed the highly monochromatic light from a gas-discharge lamp through a pinhole.
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=== Exemples de faisceau cohérent ===
* la lumière [[laser]]
* le [[rayonnement synchrotron]] généré par un onduleur
=== Exemples de faisceau, ou de source, incohérent ===
* la lumière solaire
* la lumière émise par une ampoule
* une [[diode électroluminescente]] (sauf pour la [[diode laser]])
== Voir aussi ==
* [[holographie]]
* [[Speckle]]
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