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En physique , la rétrodiffusion est la réflexion d' ondes , de particules ou de signaux vers leur source. Il s'agit généralement d'une réflexion diffuse due à la diffusion , contrairement à la réflexion spéculaire ( par exemple, celle d'un miroir) , bien que la rétrodiffusion spéculaire puisse se produire en incidence normale. La rétrodiffusion a des applications importantes en astronomie , en photographie et en échographie médicale . L'effet inverse est la diffusion vers l'avant , par exemple lorsqu'un matériau translucide comme un nuage diffuse la lumière du soleil , produisant une lumière douce .
Rétrodiffusion des ondes dans l'espace physique
La rétrodiffusion peut se produire dans des situations physiques très différentes, où les ondes ou particules incidentes sont déviées de leur direction initiale par différents mécanismes :
- Réflexion diffuse des grosses particules et diffusion de Mie , provoquant l'alpenglow et le gegenschein , et apparaissant sur les radars météorologiques ;
- Les collisions inélastiques entre les ondes électromagnétiques et le milieu transmetteur ( diffusion Brillouin et diffusion Raman ), importantes dans les fibres optiques, voir ci-dessous ;
- Collisions élastiques entre des ions accélérés et un échantillon ( rétrodiffusion de Rutherford )
- Diffraction de Bragg à partir de cristaux, utilisée dans les expériences de diffusion inélastique ( rétrodiffusion de neutrons , Diffusion Compton , utilisée en imagerie par rayons X rétrodiffusés .
- Rétrodiffusion stimulée , observée en optique non linéaire et décrite par une classe de solutions de l' équation à trois ondes .
Parfois, la diffusion est plus ou moins isotrope, c'est-à-dire que les particules incidentes sont diffusées aléatoirement dans différentes directions, sans préférence particulière pour la rétrodiffusion. Dans ces cas, le terme « rétrodiffusion » désigne simplement l'emplacement du détecteur choisi pour des raisons pratiques.
- En imagerie par rayons X, la rétrodiffusion signifie exactement l'inverse de l'imagerie par transmission ;
- En spectroscopie inélastique des neutrons ou des rayons X, la géométrie de rétrodiffusion est choisie car elle optimise la résolution énergétique ;
- En astronomie , la lumière rétrodiffusée est celle qui est réfléchie avec un angle de phase inférieur à 90°.
Dans d'autres cas, l'intensité de la diffusion est renforcée vers l'arrière. Cela peut s'expliquer par différentes raisons :
- Dans l'alpenglow , la lumière rouge prédomine car la partie bleue du spectre est appauvrie par la diffusion Rayleigh .
- Dans le cas du gegenschein , l'interférence constructive pourrait jouer un rôle.
- La rétrodiffusion cohérente est observée dans les milieux aléatoires ; pour la lumière visible, elle se produit le plus souvent dans des suspensions comme le lait. En raison d' une faible localisation , une diffusion multiple accrue est observée en direction de retour.
- Le système de coordonnées d'alignement de rétrodiffusion (BSA) est souvent utilisé dans les applications radar.
- Le système de coordonnées d'alignement de diffusion avant (FSA) est principalement utilisé dans les applications optiques.
Les propriétés de rétrodiffusion d'une cible dépendent de la longueur d'onde et peuvent également dépendre de sa polarisation. Les systèmes de capteurs utilisant plusieurs longueurs d'onde ou polarisations peuvent ainsi être utilisés pour obtenir des informations supplémentaires sur les propriétés de la cible.
radar, en particulier radar météorologique
La rétrodiffusion est le principe de fonctionnement des systèmes radar . En radar météorologique , la rétrodiffusion est proportionnelle à la sixième puissance du diamètre de la cible multiplié par ses propriétés réfléchissantes intrinsèques, à condition que la longueur d'onde soit supérieure au diamètre des particules ( diffusion de Rayleigh ). L'eau est presque quatre fois plus réfléchissante que la glace, mais ses gouttelettes sont beaucoup plus petites que les flocons de neige ou les grêlons. La rétrodiffusion dépend donc de la combinaison de ces deux facteurs. La rétrodiffusion la plus intense provient de la grêle et du gros grésil ( glace solide ) en raison de leur taille, mais les effets non-Rayleigh ( diffusion de Mie ) peuvent compliquer l'interprétation. La fonte des neiges et le verglas humide produisent également un fort écho , car ils combinent la taille et la réflectivité de l'eau. Ils apparaissent souvent comme des taux de précipitations beaucoup plus élevés que la réalité, dans ce qu'on appelle une bande brillante . La pluie présente une rétrodiffusion modérée : plus forte avec de grosses gouttes (comme lors d'un orage ) et beaucoup plus faible avec de petites gouttelettes (comme le brouillard ou la bruine ). La neige présente une rétrodiffusion relativement faible. Les radars météorologiques à double polarisation mesurent la rétrodiffusion selon les polarisations horizontale et verticale afin de déduire des informations sur la forme à partir du rapport des signaux vertical et horizontal.
Dans les guides d'ondes
La méthode de rétrodiffusion est également employée dans les applications de fibres optiques pour détecter les défauts optiques. La lumière se propageant dans un câble à fibre optique s'atténue progressivement en raison de la diffusion Rayleigh . Les défauts sont ainsi détectés en surveillant la variation d'une partie de la lumière rétrodiffusée par effet Rayleigh. Puisque la lumière rétrodiffusée s'atténue de façon exponentielle le long de la fibre optique , la caractéristique d'atténuation est représentée par un graphique à échelle logarithmique . Si la pente du graphique est abrupte, les pertes de puissance sont importantes. Si la pente est douce, la fibre optique présente une caractéristique de perte acceptable.
La mesure des pertes par la méthode de rétrodiffusion permet de mesurer un câble à fibres optiques à une extrémité sans couper la fibre optique ; elle peut donc être utilisée facilement pour la construction et la maintenance des fibres optiques.