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Languages: French
Types: Article
Subjects: Speckle, Statistiques non circulaires, statistiques non gaussiennes, Transition statistique, Rugosité, Ecran de phase, Laser, 621, Non-circular statistics, Non-Gaussian statistics, Statistical transition, Roughness, Phase screen
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. Speckle is an interferential phenomenon due to the interaction of a coherent wave with a rough surface, appearing like small spots in any observation plane. It has become essential in optics since the invention of lasers in 1960 but is still often considered as a noise in the fields of imagery and metrology with coherent light, whereas it has given rise to several techniques of displacements or deformation measurements for example. Speckle can be characterized by several statistical parameters, the most often used being the contrast. These parameters are properly modelized in the situation where the mean roughness is higher than the wavelength, leading to totally random phase differences in the scattered wave, and the number of correlation cells illuminated allows the application of the central limit theorem. The theoretical model of Goodman, that describes the electromagnetic field as a circular complex Gaussian random variable, is then used. Outside this borderline case, the parameters describing speckle have not been completely modelized. Deficiencies can especially be found concerning the transition from Gaussian to non-Gaussian statistics in the case of moderate roughness compared to the wavelength. The knowledge of this lacking data would allow to anticipate the importance of speckle in experimentations with coherent light. This work puts forward the calculation of the statistical parameters of speckle by means of numerical simulation. It uses the generation of random rough surfaces and Fresnel propagation, without any a priori hypothesis apart from the paraxial approximation. Using that model, the complete statistical description of circular and Gaussian transitions, including their coupling, has been achieved. On the one hand, the results bring deeper understanding of the properties of the scattered field as a function of the roughness and the illumination conditions, from a geometrical point of view, using a surface modelized with two parameters: the standard deviation of its profile and its correlation length. On the other hand, these new results that complete the existing data on speckle statistics give new insights in the field of surfaces characterization. This work may also give future prospects in the optimization of laser active sensing.
  • No references.
  • No related research data.
  • No similar publications.

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