Optique et photonique

1. Théorie électromagnétique de la lumière
Des équations de Maxwell à l'équations d'onde; différentes équations dans les matériaux et leurs solutions. Énergie et quantité de mouvement, le photon.
2. Propagation de la lumière
Absorption dans les métaux; diffusion et modèle atomique; réfraction et réflexion, principe de Fermat et construction de Huygens, les équations de Fresnel; l'Eikonal et le lien avec l'optique géométrique.
3. Optique géometrique
Rappel des bases de l'optique géométrique: réflexion et réfraction, élements simples (miroirs, lentilles). Combinaisons des lentilles et la méthode des matrices. Notions avancées: l'étendue optique, pupilles, les aberrations optiques. Photométrie.
4. Le faisceau Gaussien
L'approximation paraxiale et l'équation d'onde; les ondes paraboloïdales. Le faisceau Gaussien: propriétés, applications. Les faisceaux dérivés; la focalisation du faisceau Gaussien.
5. La polarisation
Définition des différents états de polarisation; méthodes de polarisation; notation vectorielle. Dichroïsme et biréfringence; activité optique. Applications.
6. Superposition et paquets d'ondes
Superposition des ondes, battement, paquets d'ondes. Vitesse de phase et de groupe, dispersion. Vitesse sous- et super-luminale.
7. Interférence
Interférence des deux et des multiples faisceaux. La notion de cohérence. Plusieurs types d'interféromètres (Young, Michelson, Mach-Zhender, Sagnac, Réseau de diffraction, Fabri-Perot) et leurs applications. Ondes stationaires et cavités. Multiples réflexions dans des couches minces.
8. Guides d'ondes et fibres optiques
Théorie des ondes guidées, modes optiques et propagation. Guides rectangulaires en 1D et 2D. Les fibres optiques: fabrication, guidage, applications. Dispersion dans les fibres.
9. Diffraction
La théorie de la diffraction: Helmholtz, Fresnel, Sommerfeld-Kirchhoff. Diffraction de Fresnel et de Fraunhofer, solutions détaillées. Applications: lentille de Fresnel, réseau de diffraction, résolution des systèmes optiques. La théorie de l'optique de Fourier. Implications pour la résolution des images, filtrage spatial. L'holographie: Création
d'hologramme, lecture d'hologramme, applications.