optique physique

A NNEE :2007/08
UNIVERSITE MOHAMED PREMIER
Faculté Des Sciences
D EPARTEMENT DE P HYSIQUE
OUJDA
TP
Optique Physique
Filières SMP
M ANIPULATIONS :
1 Spectroscope
2 Interférences par division du front d’onde
3. Anneaux de Newton
C OMPLEMENTS :
1. Quelques instruments d’optique utilisés en TP
2. Lampes à vapeur métallique
3. Echelle des longueurs d’onde de différentes radiations
4. Ordre de grandeur des indices de réfraction des verres

2

3
TP1
Spectroscope
I. Principe d’obtention d’un spectre lumineux
Dans les verres optiques, la loi de variation de l’indice
n
en fonction de la longueur d’onde
λ
du spectre visible est représentée par la formule empirique :
2
λ
b
an += ( formule de cauchy )
Figure.1 : dispersion de la lumière par un prisme
La déviation
D
de la lumière par un prisme étant fonction croissante de
n
donc
décroissante de
λ
. Elle plus grande pour le violet ( m
µ
4,0 ) que pour le rouge ( m
µ
8,0 ). Le
prisme permet ainsi de séparer les diverses radiations contenues dans un rayonnement
complexe.
On se rappellera que la déviation n’est pas une fonction linéaire de la longueur d’onde. La
dispersion est plus forte dans le violet que dans le rouge (le spectre n’est pas ″normal″).
Question 1. A l’aide des quatre relations du prisme calculer la dérivée
dn
dD pour un angle
d’incidence fixé. En déduire le sens de variation de la fonction )(
λ
fD
=
.
II. Spectroscope et spectrographe
Pour améliorer la qualité des images, on envoie un faisceau parallèle sur le prisme
(Figure.2). Il sort une infinité de faisceaux parallèles, chaque lumière monochromatique
donnant un faisceau de direction déterminée. Les images colorées sont à l’infini dans des
directions différentes. On les ramène à distance finie en utilisant une lentille convergente :
Ob. Le spectre se forme dans son plan focal image (un foyer différent pour chaque couleur)
D
R
V
n

4
Figure. 2 : Schéma de principe d’un spectroscope ou spectrographe
Si on place une plaque photographique dans ce plan focal (plan E), ce qui permet de
conserver un document, d’effectuer des comparaisons et de faire des mesures, l’ensemble
constitue un spectrographe (F-L-P-Ob-E).
Si on observe le plan E au moyen d’un oculaire grossissant : Oc, jouant le rôle de loupe on a
un spectroscope (F-L-P-Ob-Oc). L’ensemble (Ob-Oc) est une lunette.
III. Spectroscope à vision directe
Prisme d’AMICI
Figure.3 Prisme D’AMICI
La dispersion est augmentée en utilisant 3 prismes collés comme l’indique la figure.3. les
indices et les angles de ces prismes sont choisis de manière que les rayons jaune (J) ne
F
F’
V
F’
J
Oc
E
Ob
P
L
Flint
Crown Crown
R
J
V

5
subissent pas de déviation. On peut alors placer la lunette dans le prolongement du
collimateur (ensemble F-L), ce qui est moins encombrant.
Prisme de PELLIN-BROCA
Figure.4 Spectrographe de PLLIN-BROCA
La section droite de ce prisme est un quadrilatère irrégulier dont les angles sont : °=
∧
90
A
,
°
=
∧
75
B
, °=
∧
135
C
et °=
∧
60
D
. On peut le considérer comme l’association de 3 prismes
(voir figure.4 en pointillé).
Si on choisit
i
(en tournant convenablement le prisme par rapport aux rayons parallèles
fixes venant du collimateur L) pour que le rayon jaune se propage parallèlement à AC, ce
rayon, après réflexion totale sur BC, émerge de AD sous un angle 'i.
Question 2. Montrer que 'ii
=
et que le rayon incident (SI
J
) est perpendiculaire au rayon
émergent (I’
J
R
J
)
Les autres rayons colorés partis de I (IR, IV,..)émergent en d’autres points de AD et sous
des angles différents.
IV. Le pouvoir de résolution des spectroscopes à prisme
Une caractéristique essentielle d’un spectroscope est son pouvoir de résolution, dont la
valeur nous renseigne sur la possibilité de séparer de raies de longueur d’onde
λ
et
λ
λ
∆
+
.
Si les phénomènes de diffraction sont négligeables, les raies correspondantes aux radiations
λ
et
λ
λ
∆
+
seront séparées par le spectroscope à prisme représenté dans la figure.2,
lorsque dans le plan focal image de l’objectif Ob la distance x (figure.5) séparant les
maximums sera supérieure à la largeur d’une raie.
S
I
J
V
I’
J
K
J
i’
i
B
A
C
45°
30° D
L R
J
x