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Thèse soutenue

Étude numérique des transitions statistiques circulaire et gaussienne du speckle laser

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Auteur / Autrice : Isabelle Bergoënd
Direction : Éric Lacot, Xavier Orlik
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Photonique
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE

Résumé

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Le speckle est un phénomène interférentiel issu de l'interaction d'une onde cohérente avec une surface rugueuse. Dans un plan d'observation, il se présente comme un ensemble de tavelures. Devenu incontournable depuis l'invention du laser dans les années 1960 mais souvent considéré comme un bruit pour l'imagerie ou la métrologie en lumière cohérente, le speckle optique est néanmoins à l'origine de plusieurs techniques de mesure de déplacements ou de déformations par exemple. Le speckle peut être caractérisé par un ensemble de paramètres statistiques, le plus utilisé étant le contraste. Ces paramètres sont correctement modélisés dans le cas où les rugosités, supérieures à la longueur d'onde qui les éclaire, entraînent des déphasages complètement aléatoires et lorsqu'elles sont présentes en grand nombre de façon à permettre l'application du théorème de limite centrale. Le modèle de Goodman est alors applicable et le champ complexe est décrit comme une variable aléatoire circulaire et gaussienne. En-dehors de ce cas limite, les paramètres généralement utilisés pour décrire le speckle sont mal connus. Il existe en particulier des lacunes en ce qui concerne la transition vers les statistiques non gaussiennes dans le cas de rugosités moyennes à l'échelle de la longueur d'onde. La connaissance complète de ces données pourrait notamment permettre de prévoir l'impact du speckle dans les différentes configurations rencontrées expérimentalement. Cette thèse propose le calcul des paramètres statistiques du speckle par simulation numérique, en s'appuyant sur la génération de surfaces aléatoires et la propagation de Fresnel, sans hypothèse a priori si ce n'est la condition paraxiale. Le travail a abouti à la description complète des transitions circulaire et gaussienne et à l'étude du couplage de ces deux transitions. D'une part, les résultats permettent d'affiner la compréhension des propriétés du champ diffusé et de sa dépendance à la rugosité et à la configuration d'éclairage, d'un point de vue purement géométrique, à partir d'une surface modélisée à l'aide de deux paramètres: l'écart-type des hauteurs et la longueur de corrélation. D'autre part, ils complètent les données disponibles sur les statistiques du speckle et permettent d'envisager une méthode de caractérisation statistique des surfaces rugueuses. Ce travail pourrait également ouvrir des perspectives d'optimisation de l'imagerie active par laser.