Optique ondulatoire

© Emilie Fremont
Physique - PC*
Lycée Chaptal
Optique ondulatoire - Chapitre 2 : Interférences lumineuses entre deux
vibrations monochromatiques – Une introduction
Problématique : Qu’est-ce que le phénomène d’interférences en optique ? Dans
quelles conditions l’observe-t-on ?
I. Découverte du phénomène
1. Expériences
a. Expérience des trous d’Young
y
y
x
x
a
Source lumineuse
monochromatique
(laser He-Ne)
Écran
d’observation
Trous d’Young
b. Expérience du diviseur d’onde
Miroir
Source lumineuse
monochromatique
(laser He-Ne)
Lame semi-réfléchissante
Lentille de
courte focale
Cours d’optique ondulatoire
-1-
Écran
d’observation
2013/2014
© Emilie Fremont
Physique - PC*
Lycée Chaptal
2. Interprétation de l’expérience des trous d’Young
Thomas Young (1773-1829),
physicien, médecin et égyptologue britannique.
Il exerça la médecine toute sa vie, mais il est
surtout connu pour sa définition du module de
Young en science des matériaux et pour son
expérience des fentes de Young en optique, dans
laquelle il mit en évidence et interpréta le
phénomène d’interférences lumineuses.
3. Interprétation de l’expérience du diviseur d’onde
II. Conditions d’observation
monochromatiques
d’interférences
entre
deux
vibrations
lumineuses
1. Eclairement obtenu par superposition de deux vibrations monochromatiques
2. Premières conclusions
3. Comment satisfaire à la condition de cohérence mutuelle entre les deux vibrations ?
a. Notion de train d’ondes
b. Nécessité des dispositifs interférentiels - Exemples
Miroirs de Fresnel
Source
ponctuelle
Biprismes de Fresnel
Source à
l’infini
c. Cela suffit-il ?
Cours d’optique ondulatoire
-2-
2013/2014
© Emilie Fremont
Physique - PC*
Lycée Chaptal
III. Description des figures d’interférences
1. Eclairement dans le champ d’interférences
2. Forme des franges observées
a. Cas où les sources secondaires sont à distance finie de l’écran
Hyperboloïdes de révolution (vue en coupe ; la figure de droite est un zoom de la partie centrale de la figure de
gauche ; les flèches grisées indiquent la position des deux sources ponctuelles)
Lorsque l’écran est parallèle à l’axe des sources secondaires : observation de franges rectilignes
Lorsque l’écran est orthogonal à l’axe des sources secondaires : observation d’anneaux concentriques
b. Cas où les sources secondaires sont à l’infini
Cours d’optique ondulatoire
-3-
2013/2014
© Emilie Fremont
Physique - PC*
Lycée Chaptal
IV. Retour sur le dispositif des trous (ou des fentes d’Young)
1. Cas d’une observation à distance finie
2. Cas d’une observation à l’infini
3. Une application : Mesure d’un indice optique
x
On éclaire le dispositif des trous d’Young par
une source ponctuelle à l’infini (λ = 600 nm).
L’observation se fait à distance finie. On suppose
D a.
Devant chacun des deux trous, on place une cuve de
longueur L = 1 cm remplie d’air. On note nair l’indice
optique de l’air et on donne nair = 1,00029.
T1
M
O1
S
F’1
F1
z
a
O
T2
L1
trous
d’Young
D
écran
1/ Décrire la figure d’interférences observée sur l’écran (éclairement, interfrange, position des franges
brillantes…).
2/ Dans la cuve placée devant T1, on remplace progressivement l’air par de l’ammoniac. On observe alors le
défilement de 17 franges brillantes en x = 0, dans le sens des x croissants. Expliquer. En déduire l’indice de
réfraction n de l’ammoniac.
Cours d’optique ondulatoire
-4-
2013/2014