2. LA LUMIÈRE, ONDE ÉLECTROMAGNÉTIQUE

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1 2. LA LUMIÈRE, ONDE ÉLECTROMAGNÉTIQUE
2.1 OPPH électromagnétiques Supposons phase de l’onde si avec même phase en à qu’en x à t si : vitesse de (propagation de la) phase

2 Dans le vide une OPPH se propage en ligne droite à la vitesse de phase : il y a couplage entre le champ électrique et le champ magnétique : (avec ) et : trièdre direct tournent autour de l’axe Ox…

3 …sauf dans le cas d’une OPPH polarisée
rectilignement selon :

4 La puissance électromagnétique traversant
une surface S orientée est égale au flux du vecteur de Poynting : Pour une OPPH dans le vide : avec : toute l’information est contenue dans la grandeur algébrique et la puissance est proportionnelle à .

5 Dans un milieu transparent
VIDE MILIEU TRANSPARENT : pas de dispersion n indice de réfraction du milieu dans le domaine de l’optique n dépend de  (de  dans le vide) : dispersion : permittivité relative  longueur d’onde dans le vide d’où soit

6 verre « crown » (classique)
Quelques valeurs de n à 15°C : air sec eau verre « crown » (classique) verre « flint » diamant

7 Lumière : ondes électromagnétiques détectées par l’œil humain.
2.2 Domaine de l’optique Lumière : ondes électromagnétiques détectées par l’œil humain. correspond à l’intervalle de longueurs d’onde :

8 2.3 Émission de la lumière par une source classique
choc, absorption photon… la désexcitation peut être NON radiative… dualité onde-corpuscule : constante de Planck photon (masse nulle) onde électromagnétique de fréquence

9 : modèle pas concevable physiquement
MAIS : relations d’incertitude de Heisenberg : indétermination sur l’énergie de l’état excité durée de vie état excité comme l’onde associée à l’émission d’un photon contient une bande de fréquences de largeur autour de

10 or (analyse de Fourier) fini exemple : raie verte d’une lampe à vapeur de mercure (visible) et

11 chocs entre atomes plus fréquents
: longueur de cohérence temporelle pour une lampe spectrale à basse pression T ou p augmentent chocs entre atomes plus fréquents désexcitation plus rapide  raies du spectre de plus en plus larges T augmente effet Doppler augmente

12 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
2.4 Émission de la lumière par un laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement) émission stimulée par photon « résonant » : même direction et même sens: CLONAGE

13 En pratique: il faut un milieu actif qui présente des niveaux d’énergie atomiques métastables (états excités, mais durée de vie très importante) il faut obtenir une inversion de population POMPAGE décharges électriques (en régime continu) alors : flash lumineux : pompage optique (en régime pulsé) plus d’atomes dans l’état métastable d’énergie que dans celui d’énergie équilibre thermique loi de Boltzmann

14 le milieu actif est placé dans un résonateur optique (interféromètre de Fabry-Pérot)
désexcitations stimulées en cascade et amplification de l’onde lumineuse laisse passer une partie de l’énergie régime stationnaire

15 applications optiques
(lecture de disques compacts, de codes barres, réalisation d’interférences, hologrammes…) COHÉRENCE lasers de puissance: lasers impulsionnels grâce au pompage optique (découpe de matériaux,…) PUISSANCE INSTANTANÉE

16 laser He-Ne des T.P : radiation rouge
c’est ce qui nous intéresse pour faire des interférences La lumière de laser ne doit jamais pénétrer dans l’œil (destruction de la rétine) MAIS

17 2.5 Cohérence temporelle source classique : raie d’une lampe spectrale sur durée d’acquisition >>

18 laser

19 2.6 Réception par un capteur / Éclairement (ou intensité lumineuse)
ensemble œil-cerveau cellule photo-électrique capteurs optiques sensibles qu’à la puissance moyenne du signal l’éclairement (ou intensité lumineuse) défini comme la puissance moyenne reçue par unité de surface orthogonale à la direction de propagation en onde plane dans le vide : onde plane dans un milieu transparent d’indice de réfraction n pour un milieu homogène (n indépendant du point)