Optique ondulatoire Exercices by Agnès Maurel, Gilles Bouchet (z-lib.org)

Optique ondulatoire
RAPPELS DE COURS
ET EXERCICES
Agnès MAUREL
Gilles BOUCHET
BELIN
8, rue Férou 75278 Paris cedex 06
www.editions-belin.com
BELIN
Physique
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DANS LA COLLECTION BELIN SUP SCIENCES
A. MAUREL
Optique géométrique, cours
A. MAUREL et J.-M. MALBEC
Optique géométrique, rappels de cours et exercices
M. SAINT-JEAN, J. BRUNEAUX et J. MATRICON
Électrostatique et magnétostatique, cours
J. BRUNEAUX, M. SAINT-JEAN et J. MATRICON
Électrostatique et magnétostatique, rappels de cours et exercices
DANS LA COLLECTION BELIN SUP HISTOIRE DES SCIENCES
A. BARBEROUSSE
La mécanique statistique. De Clausius à Gibbs
M. BLAY
La science du mouvement. De Galilée à Lagrange
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© Éditions Belin, 2003 ISSN 1158-3762 ISBN 978-2-7011-3032-3
Photo de couverture© DigitalVision
Schémas: Laurent Blondel/Coredoc
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Sommaire
1. Les ondes lumineuses ................................................... 5
2. Polarisation d’une onde lumineuse ....................................... 23
3. Interférences à deux ondes par division du front d’onde .................... 49
4. Interférences à deux ondes par division d’amplitude. Le Michelson ......... 81
5. Interférence à trois ondes ou plus. Réseaux ................................ 125
6. Diffraction d’une onde lumineuse ........................................ 173
7. Interférence et diffraction. Réseaux optiques réels ......................... 203
3

Chapitre 1
Les ondes lumineuses
Un peu d histoire´
Un débat sur la lumière
L’optique connaît un véritable renouveau au XVIIesiècle. Les scientifiques de la
première moitié du siècle se consacrent principalement à l’optique géométrique, et
dès 1604, Johan Kepler précise les lois de la propagation rectiligne de la lumière.
Par ailleurs, des progrès techniques sont réalisés dans la fabrication des instruments
optiques. Les premières lunettes à oculaire divergent sont construites au tout début
du siècle. Galilée (1564-1642), qui est le premier à s’en servir, publie ses observa-
tions du ciel en 1610. Si celles-ci suscitent d’abord une certaine méfiance quant
à leur véracité, Kepler démontre dès 1611 leur bien-fondé dans un livre (le Diop-
trice) entièrement consacré à l’optique géométrique des lentilles et de la lunette
astronomique. En 1637, Descartes détermine la loi de la réfraction, dite loi des
sinus.
Dans la seconde moitié du siècle, les théories physiques, c’est-à-dire l’étude de
la nature de la lumière, prennent leur essor. En 1665, Francesco Maria Gri-
maldi (1618-1663) met en évidence les phénomènes de diffraction, tandis que
Robert Boyle (1627-1691), puis Robert Hooke (1635-1703) effectuent les pre-
mières recherches sur les phénomènes d’interférence. Isaac Newton (1642-1727)
démontre que la lumière blanche n’est pas pure et homogène comme on le pensait
mais un mélange de lumières homogènes de couleurs différentes. En 1675, Olaus
Römer (1644-1710) détermine la vitesse de la lumière.
Jusqu’au milieu du XIXesiècle, les physiciens vont travailler à l’élaboration d’une
théorie de la lumière qui rende compte de tous les phénomènes nouvellement
observés. Ils se regroupent autour de deux grandes théories concurrentes, héritières
des conceptions de Descartes qui sont reprises et modifiées : certains, comme
Newton, considèrent que la lumière est un corps (théorie corpusculaire) ; d’autres,
comme Christian Huygens (1629-1695), la rapprochent du mouvement d’un corps
sans transport de matière (théorie ondulatoire).
1. LES ONDES LUMINEUSES 5