Optique quantique

L' optique quantique est un domaine de recherche en plein essor en physique et constitue la branche commune de la mécanique quantique et de l'optique. Elle reformule l'optique ondulatoire en termes quantiques. Ainsi :

• elle explique certains phénomènes jusque là incompris (tel l'effet photoélectrique) ;
• elle permet d'en imaginer d'autres (l'effet laser par exemple) ;
• elle étend son domaine à d'autres objets (comme les électrons).

Les fondateurs de l'optique quantique sont Niels Bohr et Albert Einstein.

Dans le cadre de l’optique quantique, la lumière est considérée comme constituée de photons, objets quantiques qui se comportent :

• comme des corpuscules dans leurs interactions avec la matière,
• et comme des ondes pour leur propagation.

La description de la dynamique des photons relève de la mécanique quantique leur mouvement est donc "décrit" à l'aide de probabilités de présence en un point donné.

Introduction historique

Le premier à faire appel à la notion de photon fut Einstein pour expliquer les caractéristiques de l'effet photoélectrique.

Ce fut encore Einstein qui introduisit un troisième mécanisme d'interaction élémentaire des photons avec la matière, à côté de l’absorption et de l’émission spontanée : l’émission stimulée, qui est à la base de l'effet laser. Les lasers ont ouvert la voie à l'holographie, autre application de l'optique quantique.

Louis de Broglie a prédit ensuite dans sa mécanique ondulatoire, que, puisque la lumière se comportait comme une particule dans ses rapports avec la matière, inversement, les particules matérielles devaient se comporter comme des ondes (les ondes de matière) dans leur propagation. Cela a été prouvé par Davisson et Germer en 1927 dans leur expérience de diffraction des électrons. Les électrons, comme les photons, relèvent donc des lois de l'optique quantique. La microscopie électronique en est ainsi une application.