Ondes électro-magnétiques 1ère partie: généralités

Référence Hecht, Eugene OPTICS, 3rd Ed. Addison-Wesley Longman, Inc 1998 ISBN 0-201-83887-7

Ondes progressives Onde Progressive Perturbation d’un milieu dans lequel elle se propage Onde mécanique (corde, liquide, ondes sonores,…) Onde électro-magnétique Seule la perturbation se déplace, pas le milieu Grandes vitesses de déplacement Progressive La perturbation se propage dans l’espace Doit être fonction du temps et de l’espace

Ondes longitudinales et transversales Mouvement parallèle à la propagation Transversale Mouvement perpendiculaire à la propagation Onde EM = transversale

Equation d’onde Onde à 1 dimension Forme de la perturbation Photo de la perturbation en t = 0 Propagation Equation d’une onde se déplaçant le long de x à une vitesse v

Exemple

Equation d’onde différentielle D’Alembert (1717-1783) Définition Une onde est une solution de l’équation d’ondes !

Ondes harmoniques Onde sinusoïdale ou cosinusoïdale Période spatiale: l Périodique dans l’espace Périodique dans le temps l = longueur d’onde

Ondes harmoniques (2) Période temporelle: T Fréquence Pulsation

Ondes planes Forme générale Ondes planes k = vecteur de propagation perpendiculaire aux plans Amplitude constante Equation des fronts d’ondes

Ondes sphériques Ne dépend que de r Fronts d’ondes A grande distance

Ondes électro-magnétiques Equations de Maxwell (1831-1879) Unifie les lois de l’électromagnétisme Fournit une solution à l’équation d’ondes Solution: 2 ondes harmoniques transverses Intensité

Origine des ondes EM Dipôle oscillant Sources Produit champ E Champ E produit champ B Sources Antenne: ondes radio Atome: lumière

Types d’ondes EM Spectre EM

Spectre « optique »

Vitesse des ondes EM Dans le vide Dans un milieu Indice de réfraction c = 2,997 924 58 108 m/s (définition du mètre) Dans un milieu Indice de réfraction Matériau n Air 1.000293 Eau 1.333 Verre 1.5 Diamant 2.4

Photon Lumière = Onde Lumière = Corpuscule Einstein (1905) Photon Quantum d’énergie

Existence des photons

Energie des photons

Energie des photons « optiques » Name Energy Range(eV) Wavelength Range (nm) Infrared less than 1.6 greater than 760 Visible Light 1.6 - 3.1 760 - 400 Red 1.6-2.0 760-610 Orange 2.0-2.1 610-590 Yellow 2.1-2.3 590-540 Green 2.3-2.6 540-480 Blue 2.6-2.8 480-450 Violet 2.8-3.1 450-400 Ultraviolet greater than 3.1 less than 400 UV-A 3.1-3.9 400-320 UV-B 3.9-4.3 320-290 UV-C 4.3-6.5 290-180