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Chemin optique

On appelle le chemin optique la grandeur n x d.(A,B) où d.(A,B) est la distance physique entre les points A et B, et n l’indice de réfraction du milieu de propagation.

Le chemin optique correspond à une grandeur qui peut être interprétée comme celle que la lumière aurait parcourue dans le vide pendant la même durée qu’il lui a fallu pour aller de A à B dans le milieu d’indice constant n.

représentation du chemin optique

Les ondes lumineuses se propagent dans un milieu éventuellement non homogène (variation de l’indice de réfraction). S et S’ sont deux surfaces d’onde (les points de ces surfaces sont en phase). Les chemins optiques [A1 A1’] et [A2A2’] sont tracés le long des rayons (en rouge) et sont égaux.

Cette notion de chemin optique est importante pour comprendre la manière dont la propagation de la lumière change de direction quand elle passe d’un milieu à l’autre (voir , et  en aberrométrie ; les cartes de front d’onde peuvent être interprétées comme des relevés où figure une information directement liée aux différences de chemin optique entre différent points de la pupille d’entrée de l’œil et la fovéa.

chemin optique de la lumière dans l'oeil

En l’absence d’aberrations optiques, les points situés à un chemin optique identique sur les rayons tracés depuis la fovéa sont situés sur une surface plane. Le chemin optique comprend les portions de rayon située dans la cavité vitréenne, celle située dans le cristallin, puis l’humeur aqueuse, la cornée et l’air (les différences d’angulation entre ces portions liées aux réfractions ne sont pas représentées ici).

 

De fait, le chemin optique est un paramètre important en optique ondulatoire pour la compréhension de l’analyse du front d’onde.

Dans le cas d’ondes quasi planes (c’est le cas pour les ondes recueillies en aberrométrie), le chemin optique permet d’accéder à la variation de phase de l’onde lumineuse le long d’un chemin (rayon) donné . On obtient cette variation en multipliant le chemin optique par sa fréquence angulaire (ɯ) et que l’on divise ce produit par la vitesse de propagation de l’onde (v).

Le chemin optique entre deux points A et A’ est égal à n x AA’.

La différence de phase entre deux points A et A’ est égal à  (n xAA’ x ɯ) /v

v=c/n où n est l’indice de réfraction du milieu considéré.

 

 

Les cartes de front d’onde représentent des déphasages, qui correspondent à des différences de chemin optique pour les ondes lumineuses ayant traversé les milieux oculaires depuis la fovéa (réflexion d’un faisceau infrarouge cohérent émis par l’aberromètre) jusqu’à l’extérieur.

Dans le vide, la vitesse de la lumière (c) est maximale (environ 300 000 000 m parcourus en une seconde). Ainsi, le temps mis par la lumière pour parcourir une distance de 1 mètre dans le vide est de 1/c. Dans un matériau transparent d’indice constant n, le temps pis pour parcourir la même distance physique (1 mètre) est de nx1/c.

La constance des chemins optique entre un intervalle de temps Δt permet de démontrer la loi de Snell Descartes.

 

 

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