En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou pseudo-périodique s'il existe une dissipation d'énergie). Les exemples les plus courants sont utilisés en mécanique classique (pendule, masse au bout d'un ressort,...) et en électricité, mais on les retrouve également en mécanique quantique.
On distingue plusieurs types d'oscillateurs selon leur fonctionnement et leurs effets.
Un oscillateur libre est un système subissant une force qui a tendance à le ramener vers une position d'équilibre autour duquel il oscille. C'est le cas d'un pendule oscillant sous l'effet de la gravité.
Un oscillateur forcé est un oscillateur libre auquel on ajoute une force oscillante. Une balançoire en est un lorsqu'on balance ses pieds afin de la faire accélérer. En effet, ce balancement constitue une force supplémentaire qui, adaptée à la vitesse de la balançoire, peut faire monter celle-ci de plus en plus haut.
De nombreux oscillateurs forcés existent en physique. Par exemple, le rayonnement du soleil force les électrons des molécules de l'atmosphère à osciller. Cela a pour conséquence la couleur bleue du ciel.
Un oscillateur auto-entretenu utilise une source d'énergie continue, et produit une variation périodique. On en rencontre deux types, mais cette distinction n'est pas toujours nette.
On peut en général résumer leur mécanisme en deux fonctions principales : un gain et un filtre. Le gain est simplement l'amplification du signal permise par la source d'énergie continue. Le filtre permet de sélectionner une certaine plage de fréquences avec lesquelles le système va osciller.
Lorsque la variation périodique d'un oscillateur auto-entretenu s'approche d'une sinusoïde, on dit qu'il est quasi-sinusoïdal. Cela correspond à un filtre de très bonne qualité, c'est-à-dire qu'il sélectionne une seule fréquence. C'est pourquoi on observe une sinusoïde. Dans les cas où la qualité de ce filtre n'est pas aussi bonne, cette sinusoïde peut se déformer.
Ce genre d'oscillateurs se rencontre souvent en électricité. C'est le cas d'un oscillateur à pont de Wien.
Un exemple plus inattendu est celui du laser. En effet un laser produit une onde lumineuse sinusoïdale. Le gain est le milieu amplificateur et le filtre est la cavité optique dans laquelle la lumière fait des aller-retours.
Si le système passe périodiquement d'un état bien déterminé à un autre, on dit que c'est un oscillateur de relaxation. Cela peut être obtenu, par exemple, avec un oscillateur quasi-sinusoïdal auquel on fournit un gain très élevé qui va saturer très rapidement la sinusoïde. Celle-ci prend alors la forme de créneaux, ce qui correspond bien au passage d'un état à un autre périodiquement.
Un exemple étonnant est le vase de Tantale, qui, rempli continument par de l'eau, se vide et se rempli périodiquement. Pour comprendre pourquoi il s'agit d'un oscillateur de relaxation, une étude un peu plus approfondie est nécessaire.