Notions de base de l’optique ondulatoire

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1 Notions de base de l’optique ondulatoire
I) Les ondes lumineuses 1) Définitions générales a) L’onde

2 Définition : Une onde est une grandeur vibratoire dépendant du temps et de l’espace.

3 Notions de base de l’optique ondulatoire
I) Les ondes lumineuses 1) Définitions générales a) L’onde b) Caractéristiques des ondes lumineuses

4 La longueur d’onde représente la distance parcourue par l’onde dans le milieu homogène, isotrope et transparent pendant la durée d’une période temporelle T.

5 Basculer sur Optique Introduction Portrait

6 Ordres de grandeur : 0(UV) < 400 nm ; 0(bleu)  500 nm ; 0(jaune)  550 nm ; 0 (rouge)  700 nm ; 0(IR) > 750 nm.

7 Ordres de grandeur : Le domaine du visible s’étend environ de 400 nm à 750 nm dans le vide. Les fréquences des ondes lumineuses sont de l’ordre de Hz et les périodes de l’ordre de 10–15 s.

8 Propriétés : Comme v = ,  = v.T et 0 = c.T On obtient :  = < 0.

9 Propriétés : La longueur d’onde associée à une couleur dépend du milieu transparent,   0 La pulsation  et la fréquence  liées à une couleur sont des invariants de cette couleur, elles sont indépendantes du matériau.

10 Dispersion

11 k(P) = k(P).u(P) u(P) P (R) : rayon lumineux

12 Notions de base de l’optique ondulatoire
I) Les ondes lumineuses 1) Définitions générales 2) Notion de chemin optique

13 cos(t + /3) cos(t) cos(t - /2)

14 Chemin optique M k(P) u(P) P P’ n(P) (R) : rayon lumineux S : Source lumineuse

15 Définition du chemin optique
On note M la durée que met l’onde pour aller de S à M le long du rayon lumineux. M est le retard temporel de l’onde en M par rapport à S.

16 Définition du chemin optique
= = = M =

17 Définition : Le chemin optique entre S et M est défini par : = c.M (SM) =

18 Définition : Le chemin optique (SM) représente la distance algébrique que parcourrait la lumière dans le vide à la vitesse c pendant le même temps M qu’elle met à parcourir le trajet réel entre S et M dans le milieu considéré.

19 Conséquence : Pour le calcul de M, donc de M, grâce au chemin optique (SM), on a remplacé le problème réel de propagation dans un milieu entre les points S et M par un problème virtuel de propagation dans le vide à temps constant.

20 Continuités de la phase
B transmission réflexion vitreuse : n2 < n1 A n2 n1 I B (B) – (A) = k0 (B) – (A) = k0

21 Discontinuités de la phase de 
B métal réflexion métallique réflexion vitreuse : n2 > n1 A n2 n1 I B (B) – (A) =  + k0 (B) – (A) =  + k0 F Passage par un foyer A B (B) – (A) =  + k0.n.

22 Notions de base de l’optique ondulatoire
II) Les surfaces d’ondes 1) Définitions

23 Elle est définie par (SM) = cte
Définition : Une surface d’onde est une surface définie par l’ensemble des points M séparés de la source ponctuelle par le même chemin optique (SM). Elle est définie par (SM) = cte

24 Notions de base de l’optique ondulatoire
II) Les surfaces d’ondes 1) Définitions 2) Le théorème de Malus

25 Théorème de Malus : Dans un milieu isotrope, les rayons lumineux issus d’une source ponctuelle S sont normaux aux surfaces d’ondes relatives à S.

26 n1 n2 M1 M2 P1 P2 Q2 Q1 i2 i1 S() n1 < n2 donc i1 > i2

27 Les trois chemins optiques sont égaux.
(M1M2) = (P1P2) = (Q1Q2) : Les trois chemins optiques sont égaux. Les temps mis par la lumière pour parcourir les distances M1M2, P1P2 et Q1Q2 sont égaux.

28 Notions de base de l’optique ondulatoire
II) Les surfaces d’ondes 1) Définitions 2) Le théorème de Malus 3) Surfaces d’ondes particulières a) Les ondes sphériques

29 Surfaces d’ondes : Ondes sphériques
u(M) u(P) S P M 1 2 3 SM = SP ; (M) = (P)

30 Notions de base de l’optique ondulatoire
II) Les surfaces d’ondes 1) Définitions 2) Le théorème de Malus 3) Surfaces d’ondes particulières a) Les ondes sphériques b) Les ondes planes

31 Plan d’onde : (O) = (H)
Surfaces d’ondes : Ondes planes (R) M H S() O u r = OM  Plan d’onde : (O) = (H)

32 Onde plane L’onde plane est la limite d’une onde sphérique lorsque la source ponctuelle S est infiniment éloignée de la zone d’observation limitée dans l’espace.

33 Plan d’onde : (O) = (H)
Surfaces d’ondes : Ondes planes (R) M H S() O u r = OM  Plan d’onde : (O) = (H)

34 Notions de base de l’optique ondulatoire
II) Les surfaces d’ondes 1) Définitions 2) Le théorème de Malus 3) Surfaces d’ondes particulières 4) Stigmatisme rigoureux

35 Stigmatisme rigoureux :
Le chemin optique entre deux points conjugués par un système optique stigmatique est indépendant du rayon qui les relie.

36 Ecran S1 S2 a f’  M O

37 Ecran S1 S2 a f’ M O H 

38 Notions de base de l’optique ondulatoire
III) Aspect énergétique 1) Éclairement

39 On montre que si Td >> T :
(M) = 2<E2(M, t)> = (M) = = E2(M)

40 Notions de base de l’optique ondulatoire
III) Aspect énergétique 1) Éclairement 2) Notation complexe