Filtre (Optique)

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En optique, un filtre est un dispositif permettant de transmettre ou non la lumière selon ses caractéristiques. Ces filtres sont couramment utilisés en photographie, dans de nombreux instruments d'optique, comme ceux utilisé en astronomie, ainsi que dans l'éclairage de scènes.

On distingue trois types de filtrage :

• Le filtrage de couleurs : il s'agit de sélectionner certaines plages de fréquences temporelles (les couleurs).
• Le filtrage spatial, moins connu : il s'agit de sélectionner des fréquences spatiales. Ils sont surtout utilisés sur certains instruments d'optique.
• Le filtrage de polarisation : il s'agit de sélectionner la polarisation de la lumière.

Filtrage de couleurs

Différents types de filtres permettent de réduire l'intensité de chaque couleur :

• Les filtres par absorption sont souvent fait de verres auxquels des composés organiques ou inorganiques ont été ajoutés. Il est également possible de remplacer le verre par du plastique afin de créer un gel coloré plus clair et moins cher qu'un verre coloré.
• Les filtres par réflexion sont obtenus en recouvrant leur surface avec différentes substances. Cette couche pouvant être contrôlée précisément, on utilise souvent ces filtres pour des instruments de haute précision. Ils sont cependant plus cher et plus fragiles que les filtres par absorption.

Ces filtres peuvent être caractérisés par leur transmittance T (fraction de l'intensité lumineuse qui passe) en fonction de la longueur d'onde. Cette transmittance est analogue à la fonction de transfert en électricité. On peut aussi utiliser la notion d'absorbance A = − log(T).

Les verres colorés

Courbe de la transmittance d'un verre coloré bleu en fonction de la longueur d'onde

Ce type de verre présente une bande passante en longueur d'onde large (quelques dizaines ou centaines de nanomètres). Ce ne sont donc pas des filtres sélectifs dans le sens qu'ils laissent passer un grand nombre de différentes couleurs. La figure ci-contre présente un exemple de transmittance d'un verre coloré.

On remarque sur cette courbe qu'un verre coloré ne laisse pas uniquement passer les longueurs d'onde contenues dans une certaine bande passante. Il y a en réalité de nombreuses autres couleurs qui passent.

Étant des filtres par absorption, leur couleur est due au différents composés contenus dans le verre. Ces composés sont capables d'absorber certaines longueurs d'ondes, et de les restituer autrement. Ainsi, la couleur est expliquée de la même manière que pour les solutions en chimie, étudiées par la spectrométrie d'absorption.

Ces verres sont souvent utilisés en optique, par exemple, pour isoler une raie lumineuse parmi d'autres.

Les filtres interférentiels

Ces filtres par réflexion, contrairement aux verres colorés, permettent de sélectionner une partie du spectre lumineux beaucoup plus fine : ce sont des filtres sélectifs.

Ils fonctionnent sur le principe d'une cavité Fabry-Pérot : ils sont constituées de deux lames partiellement réfléchissantes. L'onde qui s'installe entre ces deux lames ne peut être constituée que de quelques longueurs d'onde bien définies. Ainsi ces filtres permettent de réduire fortement la bande passante de la lumière utilisée.

Ils sont souvent utilisés en optique afin de travailler en lumière quasi-monochromatique.

Les densités optiques

Les densités, aussi appelées filtres neutres, sont supposées diminuer la luminosité indépendamment de la longueur d'onde (ce n'est pas exactement le cas en réalité).

On les utilise lorsque la luminosité est trop importante pour les appareils de mesure, notamment lorsque la source lumineuse est un laser.

Les filtres anti-caloriques

Ces filtres sont utilisés afin de diminuer le transfert thermique de certaines lampes vers les instruments d'optique fragiles qui ne doivent pas trop chauffer.

Ils laissent passer la lumière visible, mais coupent le proche infrarouge, un rayonnement bien plus énergétique que le spectre visible.

Filtrage spatial

Voir l'article filtrage spatial.

Filtrage de polarisation

La lumière étant une onde électromagnétique, on peut introduire sa polarisation, caractérisant l'évolution du champ électrique de cette onde en fonction du temps. Ce champ décrit généralement une ellipse. On parle donc de polarisation elliptique. Mais cette ellipse peut s'aplatir pour donner une polarisation rectiligne.

Dans le cas général, la lumière n'est pas composée d'un seul type de polarisation. C'est pourquoi on se sert de filtres permettant de sélectionner une polarisation particulière. Les plus courants sont les polariseurs : ils permettent de ne laisser passer que de la lumière polarisée rectilignement.

Pour manipuler cette polarisation on peut alors utiliser des matériaux biréfringents comme le quartz ou le spath d'Islande.

L'anaglyphe

L' anaglyphe est constitué de deux images superposées (images homologues) de couleurs complémentaires. Les deux images sont décalées à la prise de vue. La restitution du relief est donnée en plaçant un filtre de l’une de ces deux couleurs complémentaires devant un œil et un filtre de l’autre couleur devant l’autre œil : ainsi, chaque œil ne perçoit que les éléments de l'image visibles à travers le filtre correspondant.

Voir aussi

• Bande spectrale
• Système photométrique

• Portail de la physique