Une équipe de chercheurs du département d'Optique de l'Université Palacky d'Olomouc (République Tchèque), en collaboration avec le Dr Sanchez-Soto de l'Université Complutense de Madrid, ont publié un article dans la revue scientifique
Nature Communications, dans lequel ils présentent le résultat de leurs travaux dans le domaine de l'optique. Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur l'étude de la forme du front d'onde. Bien que la lumière soit notre principale source d'information sur le monde extérieur (c'est elle qui nous permet de voir, entre autres), les détecteurs optiques, y compris l'oeil humain, ne sont sensibles qu'à son intensité.
L'étude du front d'onde est très utile pour l'astronomie.
Vue d'artiste du GMT (Giant Magellan Telescope)
Le front d'onde peut être défini comme la surface formée par les points où se situe l'onde lumineuse à un instant donné, et la connaissance de sa forme peut apporter bien plus d'informations que la simple intensité lumineuse. En effet, sa forme, complexe, est déterminée par divers facteurs, certains propres à l'émetteur, d'autres dus au milieu dans lequel la lumière se propage, comme l'indice de réfraction.
Le domaine dans lequel la connaissance du front d'onde est le plus important est sans doute l'astronomie. C'est d'ailleurs dans le cadre de l'amélioration de la qualité des images reçues par les télescopes qu'a été développé l'analyseur de front d'onde de Shack-Hartmann, qui grâce à un réseau de microlentilles formant chacune une image, permet, par l'étude de la déviation de ces images, de remonter aux déformations subies par le front d'onde, qui ont pour origine sa traversée de l'atmosphère terrestre.
Cependant, une caractéristique à prendre en compte est celle de la cohérence du front d'onde: deux points d'un front d'onde sont cohérents s'ils possèdent la même phase. Si deux fronts d'ondes sont cohérents entre eux, leur superposition donne lieu au phénomène d'interférences et à la formation de figures particulières, au sein desquelles la lumière s'ajoute en certains points et s'annule en d'autres. Le cas inverse, lorsqu'il n'y a aucune cohérence, c'est simplement l'intensité lumineuse qui s'additionne. Entre ces deux extrêmes, il existe des situations dites de cohérence partielle, dans lesquelles la lumière est composée d'une partie cohérente et d'une partie incohérente. Jusqu'à présent, la caractérisation de cette cohérence partielle était une tâche ardue, mais essentielle quant à la compréhension de la formation d'images tridimensionnelles et à la prédiction de la propagation du front d'onde.
Les chercheurs ont observé que les détecteurs comme le Shack-Hartmann permettent de déterminer à la fois la position et la direction de la lumière incidente, ce qui, selon le principe d'incertitude d'Heisenberg, à la base de la mécanique quantique, est impossible. Cependant, l'utilisation de la tomographie quantique (la tomographie classique est la reconstruction d'une image tridimensionnelle à partir de tranches bidimensionnelles) permet de reconstruire l'état de la lumière dans ces cas.
Les applications potentielles sont nombreuses, et l'équipe d'Olomouc a d'ores et déjà été sollicitée par une équipe de Berkeley, aux Etats-Unis.