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Chapitre 7: Loptique physique II 7.1 Diffraction de Fraunhofer et diffraction de Fresnel Diffraction de Fresnel: les fronts donde sont sphériques. Cest.

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1 Chapitre 7: Loptique physique II 7.1 Diffraction de Fraunhofer et diffraction de Fresnel Diffraction de Fresnel: les fronts donde sont sphériques. Cest le cas lorsque la source ou lécran se trouve près de louverture ou de lobstacle. Diffraction de Frauhofer: les fronts donde sont planaires. Cest le cas lorsque la source et lécran sont tous deux éloignés de louverture ou de lobstacle. Les rayons sont parallèles et le cas est plus simple à analyser.

2 7.2 Diffraction produite par une fente simple Selon le principe de Huygen, on divise la fente en 12 sources ponctuelles. Dans la directions de propagation initiale (Θ = 0), on observe une région brillante car les sources ponctuelles sont en phase. Si la différence de marche entre deux rayons est égale à λ/2, alors il y a interférence destructive. Exemples: 1&7, 2&8, 3&9, 4&10, 5&11, 6&12.

3 Exemple E3 Soit une fente simple éclairée par la lumière verte émise par les vapeurs de mercure, de 546 nm de longueur d'onde. Le pic central de diffraction a une largeur de 8 mm sur un écran situé à 2 m de la fente. Quelle est la largeur de la fente? La largeur du pic central va du minima à M = -1 au minima à M = +1. Donc la largeur du pic central est égale à 2y 1 et y 1 vaut 4 mm.

4 7.3 Le critère de Rayleigh Pour une ouverture circulaire, on peut montrer que le premier minimum est donné par:. Selon le critère de Rayleigh, deux images sont tout juste séparées lorsque le maximum central de lune coïncide avec le premier minimum de lautre, cest-à-dire lorsque la séparation angulaire α est égale à Θ.

5 7.4 Les réseaux Toute différence de marche entre deux rayons qui est égale à un nombre entier (lordre m) de longueurs dondes produit une interférence constructive et donc un maxima. Plus le nombre de fentes N est élevé, plus les maxima sont étroits ( ). Puisque les différentes couleurs sont diffractées à des angles différents, un réseau décompose la lumière en son spectre. Le spectre est dautant plus étalé que lordre est élevé.

6 7.9 La polarisation La polarisation est une propriété des ondes transversales. Lobservation de la polarisation nous permet daffirmer que la lumière est une onde transversale. Pour la lumière, elle est définie comme le plan contenant le champ électrique. La direction de la polarisation est la même que la direction du champ électrique.

7 7.9 La loi de Malus On peut décomposer le champ électrique, un champ vectoriel, en ses différentes composantes : Dans le cas de la lumière, ce quil est possible de mesurer est lintensité. Or lintensité est proportionnelle au carré de lamplitude. Si de la lumière polarisée dintensité I 0 rencontre un filtre polarisant avec un axe de transmission incliné à un angle par rapport à la direction de polarisation du faisceau incident. Seule la composante du champ électrique le long de laxe de transmission du filtre polarisant est transmise. E cos E Axe de transmission Anisotropie : Un milieu est dit anisotrope lorsque des propriétés dun matériau changent selon lorientation du matériau.

8 7.9 Polarisation par absorption sélective Une méthode utilisée pour avoir de la lumière polarisée dans les micro-ondes et les infrarouges lointains est dutiliser un réseau de fils métalliques parallèles. Polariseur (Polaroïd) Le polariseur est basé sur le même principe. Un film de polymères est étiré afin daligner les longues chaînes polymériques. On plonge le film ensuite dans un bain diode afin de rendre les polymères conducteurs. La composante de la polarisation qui est parallèle est absorbée par le réseau, alors que celle qui est perpendiculaire est transmise.

9 7.9 Polarisation par double réfraction La double réfraction ou biréfringence est lorsque lon observe deux rayons réfractés pour un seul rayon incident. La biréfringence se produit dans les cristaux anisotropes. Dans ces cristaux, il existe un indice de réfraction pour chacune des directions de polarisations. Ainsi, les deux composantes de la polarisation sont séparées.

10 7.9 Polarisation par réflexion Si le rayon réfléchi est perpendiculaire au rayon réfracté alors le rayon réfléchi est polarisé perpendiculairement au plan dincidence. En effet, la lumière polarisée parallèlement au plan dincidence fait osciller les électrons dans la direction du champ électrique réfracté. Ces électrons némettent pas donde dans la direction de leur mouvement qui est celle du rayon réfléchi. Note: Le rayon réfracté nest que partiellement réfracté.

11 7.9 Polarisation par diffusion La lumière non polarisée se propage et rencontre un gaz. Les atomes absorbent la radiation électromagnétique pour ensuite la réémettre. Il y a dans ce phénomène polarisation de la lumière du au fait que la lumière nest pas une onde longitudinale, comme dans le cas de la polarisation par réflexion.


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