Un matériau qui diffuse et absorbe la lumière, rendant difficile la transmission claire des signaux.Un milieu trouble est un matériau qui diffuse et absorbe la lumière, rendant difficile la transmission claire des signaux. Parmi les exemples, on trouve les tissus biologiques, le brouillard, le lait, et même le milieu interstellaire. Dans de tels milieux, les photons subissent de multiples événements de diffusion, ce qui randomise leurs directions et rend les images floues ou complètement obscurcies. Cela pose un défi majeur pour des applications comme l'imagerie médicale, la communication optique et l'astronomie, où l'on doit voir à travers ou transmettre des informations à travers de tels matériaux.
L'étude de la diffusion de la lumière dans les milieux troubles a commencé au XIXe siècle avec l'explication par Lord Rayleigh de la couleur bleue du ciel, et les expériences de John Tyndall sur les suspensions colloïdales. La théorie moderne de la diffusion multiple a été développée au milieu du XXe siècle, avec des contributions de Hendrik van de Hulst et d'autres.
Lorsque la lumière pénètre dans un milieu trouble, elle interagit avec des particules ou des fluctuations de densité ayant un indice de réfraction différent de celui du matériau environnant. Chaque interaction diffuse le photon dans une nouvelle direction, et l'effet cumulatif est une marche aléatoire. Le libre parcours moyen—la distance moyenne parcourue par un photon entre deux événements de diffusion—détermine la rapidité avec laquelle la lumière devient diffuse. Pour les milieux épais, la lumière peut être modélisée comme un processus de diffusion, où l'intensité se propage comme la chaleur. Cependant, les progrès récents dans le façonnage du front d'onde et l'optique adaptative permettent de pré-compenser la diffusion, en focalisant la lumière à travers ou même à l'intérieur du milieu.
Les milieux troubles sont au cœur de l'optique biomédicale, où des techniques comme la tomographie optique diffuse utilisent la lumière diffusée pour imager les tissus, et en science de l'atmosphère pour comprendre la propagation de la lumière à travers les nuages et les aérosols.
L'opacité d'un milieu trouble peut parfois être surmontée en utilisant des techniques de « lentille de diffusion », où le motif de speckle aléatoire est mesuré puis inversé pour créer un point focal—transformant ainsi le matériau diffusant en une lentille.
