Optique Ondulatoire

Lycée Victor Hugo
Caen
Spé PC
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Physique
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Optique Ondulatoire
Table des matières
1 Notions d’optique ondulatoire 4
1.1 Introduction....................................................... 4
1.2 Notionssurlalumière ................................................. 4
1.2.1 Interaction atome-rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Rayonnement thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Rayonnement Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Intensité du rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.1 Expérience de Wiener (1890) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.2 Détecteurs optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.3 Intensité du rayonnement (éclairement) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Vibration lumineuse scalaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.1 Polariseurs.................................................... 4
1.4.2 LoideMalus................................................... 4
1.4.3 Lamesàretard.................................................. 4
1.4.4 Lumière naturelle non-polarisée : modèles stochastiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.5 Vibration lumineuse scalaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 Vibration lumineuse scalaire monochromatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.6 Rayonlumineux..................................................... 4
1.7 Cheminoptique..................................................... 4
1.8 Surfaces d’onde - Théorème de Malus (1808) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.9 Ondesphérique..................................................... 4
1.10 Onde plane - Onde localement plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.11FaisceauLaser...................................................... 4
1.12 Train d’ondes quasi-monochromatique ; notion de cohérence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
I Interférences non-localisées de deux ondes cohérentes (I) : théorie élémentaire 4
2 Interférences 4
2.1 Notion d’interférence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Conditions d’interférence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Formule des interférences - Facteur de contraste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Ordred’interférence .................................................. 4
2.5 Champ d’interférence - Figure d’interférence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.6 (HP) Interférences en lumière polarisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 Division du front d’onde : trous d’Young (1802) 4
3.1 Dispositif des trous d’Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.2 Différencedemarche.................................................. 4
3.3 Éclairement ; interfrange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.4 Fente-source de largeur finie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.5 Sourcepolychromatique................................................ 4
3.6 Introductiond’unelame................................................ 4
II Diffraction : optique de Fourier et filtrage spatial 4
4 Mise en évidence expérimentale de la diffraction 4
4.1 Diffraction par le bord d’un écran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2 Diffraction par une ouverture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2.1 Étude d’une fente (I) - Champ proche / champ lointain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2.2 Notion de transparence complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2.3 Étude d’une mire sinusoïdale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2.4 Étude d’un réseau infini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2.5 Étude d’une fente (II) - Notion d’optique de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Compilé le 8/11/2015 1 Document L
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5 (HP) Approche historique : le principe d’Huygens-Fresnel 4
5.1 Principe d’Huygens (1690) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.2 Principe d’Huygens & diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.3 Principe d’Huygens-Fresnel (1818) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6 Diffraction à l’infini - Optique de Fourier 4
6.1 (HP) Approximation de Fraunhofer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.2 Diffraction à l’infini par une ouverture plane : optique de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.3 Fentefinerectangulaire ................................................ 4
6.4 Ouverture rectangulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.5 Ouverturecirculaire .................................................. 4
6.6 ThéorèmedeBabinet.................................................. 4
6.7 Limite de l’optique géométrique - Pouvoir séparateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.8 Fentesd’Young ..................................................... 4
6.9 Réseauxplans ...................................................... 4
7 Filtrage spatial 4
7.1 Expérience d’Abbe (1893) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
7.2 Strioscopie........................................................ 4
III Interférences de deux ondes cohérentes (II) : application 4
8 Interféromètre de Michelson (1881) 4
8.1 Présentation de l’interféromètre de Michelson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
8.1.1 Constitution................................................... 4
8.1.2 Principe de fonctionnement : division d’amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
8.2 Contactoptique..................................................... 4
9 Utilisation d’une source ponctuelle 4
9.1 Systèmeéquivalent................................................... 4
9.2 Utilisation en lame d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.2.1 Hypothèses ................................................... 4
9.2.2 Sources secondaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.2.3 Figure d’interférence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.2.4 Différencedemarche ............................................. 4
9.3 Utilisation en coin d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.3.1 Hypothèses ................................................... 4
9.3.2 Cas d’une source à distance finie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.3.3 Cas d’une source à l’infini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10 Utilisation d’une source étendue : localisation 4
10.1 Utilisation en lame d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.1.1 Observations expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.1.2 Différence de marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.1.3 Figure d’interférence : anneaux d’égales inclinaisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.1.4 Mesure de cohérence temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.1.5 Étude d’un doublet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.1.6 Observations en lumière blanche (teintes de Newton) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.2 Utilisation en coin d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.2.1 Observations expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.2.2 Différence de marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.2.3 Figure d’interférence : franges d’égales épaisseurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
10.2.4 Observations en lumière blanche : spectre cannelé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
11 Complément (HP) : détection des ondes gravitationnelles 4
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