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Séance de cours

Diffusion de la lumière par une sphère

Dans cours

MICRO-420: Selected topics in advanced optics

This course proposes a selection of different facets of modern optics and photonics. ...

Description

Cette séance de cours couvre la théorie de Mie pour la diffusion de la lumière par une sphère, en utilisant des harmoniques sphériques vectorielles pour résoudre les équations de Maxwell en coordonnées sphériques. Il explique les dépendances radiales et angulaires, les coefficients de dilatation et le lien entre les harmoniques sphériques vectorielles et les multipôles cartésiens. L'instructeur discute également de la relation entre la taille du diffuseur et les multipolaires requis, illustrant le diagramme de rayonnement avec les termes dipôle, quadrupole et octupole.

Enseignant·e

Olivier Martin

Olivier J.F. Martin a obtenu le diplôme (M.Sc.) et le doctorat en physique de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en 1989, respectivement 1994. En 1989 il a rejoint le laboratoire de recherche d'IBM à Rüschlikon près de Zurich, où il a étudié les propriétés optiques et thermiques des lasers semiconducteur. Entre 1994 et 1997 il était collaborateur scientifique de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich (ETHZ). En 1997 il a reçu une bourse Profil du Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique (FNSRS) lui permettant de mettre sur pied un groupe de recherche indépendant. Entre 1996 et 1999, Olivier Martin a passé plus d'une année et demi aux U.S.A. comme collaborateur invité de l'Université de Californie à San Diego. En 2001 il a reçu une bourse de professeur assistant du FNSRS et devint professeur de Nano-optique à l'ETHZ. En 2003 il a été nommé professeur de nanophotonique et de traitement optique du signal à l'EPFL où il dirige actuellement le laboratoire de Nanophotonique & Métrologie.

Source officielle

Concepts associés (32)

Théorie de Mie

En optique ondulatoire, la théorie de Mie, ou solution de Mie, est une solution particulière des équations de Maxwell décrivant la diffusion élastique – c'est-à-dire sans changement de longueur d'onde – d'une onde électromagnétique plane par une particule sphérique caractérisée par son diamètre et son indice de réfraction complexe. Elle tire son nom du physicien allemand Gustav Mie, qui la décrivit en détail en 1908. Le travail de son prédécesseur Ludvig Lorenz est aujourd'hui reconnu comme « empiriquement équivalent » et l'on parle parfois de la théorie de Lorenz-Mie.

Diffusion des ondes

La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière, le son ou un faisceau de particules, est dévié dans diverses directions par une interaction avec d'autres objets. La diffusion peut être isotrope, c'est-à-dire répartie uniformément dans toutes les directions, ou anisotrope. En particulier, la fraction de l'onde incidente qui est retournée dans la direction d'où elle provient est appelée rétrodiffusion (backscatter en anglais). La diffusion peut s'effectuer avec ou sans variation de fréquence.

Diffusion Rayleigh

La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes, par exemple électromagnétiques ou sonores. Elle opère lorsque la longueur d'onde est beaucoup plus grande que la taille des particules diffusantes. On parle de diffusion élastique, car cela se fait sans variation d'énergie, autrement dit l'onde conserve la même longueur d'onde. Elle est nommée d'après John William Strutt Rayleigh, qui en a fait la découverte.

Développement multipolaire

En Physique, le développement multipolaire correspond au développement en série d'un potentiel scalaire, comme le potentiel électrique ou gravitationnel, utilisant de manière habituelle des puissances (ou des puissances inverses) de la distance à l'origine, ainsi que de la dépendance angulaire, et dont les coefficients sont appelés moments multipolaire. En principe, un développement multipolaire procure une description exacte du potentiel et converge généralement sous deux conditions, si les sources (i.e.

Harmonique sphérique

En mathématiques, les harmoniques sphériques sont des fonctions harmoniques particulières, c'est-à-dire des fonctions dont le laplacien est nul. Les harmoniques sphériques sont particulièrement utiles pour résoudre des problèmes invariants par rotation, car elles sont les vecteurs propres de certains opérateurs liés aux rotations. Les polynômes harmoniques P(x,y,z) de degré l forment un espace vectoriel de dimension 2 l + 1, et peuvent s'exprimer en coordonnées sphériques (r, θ, φ) comme des combinaisons linéaires des (2 l + 1) fonctions : avec .

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Séances de cours associées (39)

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Discute des propriétés radiatives des milieux particulaires, en se concentrant sur la théorie Mie et ses applications pratiques dans l'analyse des interactions de la lumière avec les particules.

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Explore l'optique tissulaire, en mettant l'accent sur la tomographie optique et la diffusion de la lumière en photomédecine, avec des applications en ophtalmologie, dermatologie, cardiologie et gastroentérologie.

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