Cours d’optique physique
(ou optique ondulatoire)
Pr. Ech-chamikh
Demi-module Optique physique :
Présentation du cours
• Généralités sur les ondes lumineuses
• Phénomènes d’interférences lumineuses
• Phénomènes de diffraction de la lumière
• Notion de polarisation de la lumière
Optique physique : E. Ech-chamikh
Bibliographie
Brebec, Optique ondulatoire, cours et exercices (Hprépa)
Dévoré, Optique II, cours
Lecardennal, exercices
Faget, exercices
André Mousa, Optique II
Lumbroso, Exercices
Ech-chamikh, Optique 2, cours et exercices
contenu:
CHAPITRE I :
GENERALITES SUR LES
ONDES LUMINEUSES
Interférences lumineuses
diffraction de la lumière
1. Les vibrations sinusoïdales
2. Composition de vibrations sinusoïdales
2.1. Méthode directe (ou trigonométrique)
2.2. Représentation complexe
2.3. Représentation de Fresnel
3. Aspect ondulatoire de la lumière
4. Les sources de lumière
4.1. Définitions
Longueur de cohérence
Temps de cohérence
Largeur de raie
4.2. Les sources conventionnelles
4.3. Les sources laser
Light Amplification Stimulated Emission Radiations
5. Les récepteurs quadratiques
CHAPITRE II :
Les interférences
lumineuses
Interférence de deux ondes
Deux ondes issues d’une même source
I. Définitions
• Champ d’interférence: zone de recouvrement des faisceaux issus des sources cohérentes
• Frange d’interférence: Ensemble de points d’égale intensité
• Franges brillantes: franges d’intensité maximale δ= m λ m∈Z
• Franges sombres: franges d’intensité minimale δ= (m+ 1/2)λ
• Interfrange: distance entre deux franges voisines de même nature
• Ordre d’interférence: p=δ/λ
• Visibilité(ou contraste) des franges
II. Conditions d’interférence
II.1. Condition fondamentale
II.2. Autres conditions
• L supérieure ou égale à δ
• interfrange supérieure au pouvoir de résolution durécepteur
• directions de propagation voisines
III. Interférences non localisées
III.1. Etude d’un dispositif à interférences non localisées
Les trous d’Young
1. Le dispositif et le champ
2. Forme des franges
3. Calcul de l’ interfrange
4. Figure d’ interférence en lumière blanche
Le dispositif des trous d’Young est un dispositif à interférence par division de front d’onde
III.2. Autres dispositifs à interférences non localisées
Miroirs de Fresnel
Interférencepar division de front d’onde
Bilentille de Meslin
Interférence par division de front d’onde
IV. Interférences localisées
Le champ d’interférence est une surfacede l’espace
La figure d’interférence est localiséesur cette surface
IV.1. Etude d’un dispositif à interférences localisées
La lame à faces parallèles
Interférence par division d’amplitude
1. Calcul de l’intensitér résultante
Onde transmise
Onde réfléchie
2. Calcul du déphasage ϕ
3. Forme des franges d’ interférence
4. Interférence en lumière blanche :
(couleurs des lames minces)
5. Applications :
IV.2. Autres dispositifs à interférences localisées
Lame coin (ou coin de verre)
Interféromètre de Newton
Interféromètre de Michelson
CHAPITRE III :
La diffraction
lumineuse
I. Introduction
Figure de diffraction
II. Mise en évidence de la diffraction
(expérience de strioscopie)
III. Etude théorique de la diffraction par une ouverture
III. 1. Principe d’Huygens-Fresnel
Principe d’Huygens
Tout élément ds atteint par une onde se
comporte comme une source dite secondaire
Postulats de Fresnel
• L’amplitude de l’onde émise par ds est
proportionnelle à ds
• La phase de l’onde émise par ds est
celle de l’onde source lorsqu’elle atteint ds
III. 2. Diffractions de Fresnel et de Fraunhofer
Diffraction de Fresnel
La source et l’écran d’observation sont proches
de l’objet diffractant (calculs compliqués)
Diffraction de Fraunhofer
La source et l’écran d’observation sont très éloignés
de l’objet diffractant (calculs relativement simples)
III. 3. Diffraction par une ouverture plane
III. 4. Diffraction par une ouverture rectangulaire
Intensité de la tache centrale
Figure de diffraction
Photo d’une figure de diffraction par une ouverture rectangulaire
III. 5. Diffraction par une fente rectangulaire
III. 6. Diffraction par deux fentes (Fentes d’Young)
III. 7. Diffraction par un réseau de fentes (Réseau)
III. 8. Diffraction par d’autres formes d’ouvertures
Figure de diffraction par une ouverture circulaire
Figure de diffraction par une ouverture carrée (cas particulier de l’ouverture rectangulaire)
Figure de diffraction par une ouverture triangulaire (cas d’un triangle équilatéral)
Figure de diffraction par une grille
CHAPITRE IV
La polarisation
de la lumière
I - Introduction
La lumière est une Onde Electromagnétique transverse
Comme toute onde transverse, la lumière peut
présenter différents états de polarisation
II. Les différents états de polarisation
1. Polarisation rectiligne
Direction de polarisation
2. Polarisation elliptique
3. Polarisation circulaire
III. Production d’une lumière polarisée
1. Polarisation par réflexion
Expérience
Interprétation
2. Polarisation par double réfraction
Cas des cristaux anisotropes : un indice de réfraction
pour chacune des 2 directions de polarisations.
3. Polarisation par dichroïsme (Polaroids)
4. Loi de Malus
Un polariseur ne laisse passer que la projection
du champ incident sur la direction de polarisation
IV. Lames anisotropes
Lame anisotrope = Lame d’un cristal anisotrope (nx,ny)
1- lignes neutres d’une lame anisotrope
2- Déphasage entre les ondes transmises
3- Action d’une lame anisotrope sur une onde
4- Cas particuliers de lames anisotropes
5- Exemple : Effet d’une lame demi onde sur une lumière polarisée rectiligne
(ou optique ondulatoire)
Pr. Ech-chamikh
Demi-module Optique physique :
Présentation du cours
• Généralités sur les ondes lumineuses
• Phénomènes d’interférences lumineuses
• Phénomènes de diffraction de la lumière
• Notion de polarisation de la lumière
Optique physique : E. Ech-chamikh
Bibliographie
Brebec, Optique ondulatoire, cours et exercices (Hprépa)
Dévoré, Optique II, cours
Lecardennal, exercices
Faget, exercices
André Mousa, Optique II
Lumbroso, Exercices
Ech-chamikh, Optique 2, cours et exercices
contenu:
CHAPITRE I :
GENERALITES SUR LES
ONDES LUMINEUSES
Interférences lumineuses
diffraction de la lumière
1. Les vibrations sinusoïdales
2. Composition de vibrations sinusoïdales
2.1. Méthode directe (ou trigonométrique)
2.2. Représentation complexe
2.3. Représentation de Fresnel
3. Aspect ondulatoire de la lumière
4. Les sources de lumière
4.1. Définitions
Longueur de cohérence
Temps de cohérence
Largeur de raie
4.2. Les sources conventionnelles
4.3. Les sources laser
Light Amplification Stimulated Emission Radiations
5. Les récepteurs quadratiques
CHAPITRE II :
Les interférences
lumineuses
Interférence de deux ondes
Deux ondes issues d’une même source
I. Définitions
• Champ d’interférence: zone de recouvrement des faisceaux issus des sources cohérentes
• Frange d’interférence: Ensemble de points d’égale intensité
• Franges brillantes: franges d’intensité maximale δ= m λ m∈Z
• Franges sombres: franges d’intensité minimale δ= (m+ 1/2)λ
• Interfrange: distance entre deux franges voisines de même nature
• Ordre d’interférence: p=δ/λ
• Visibilité(ou contraste) des franges
II. Conditions d’interférence
II.1. Condition fondamentale
II.2. Autres conditions
• L supérieure ou égale à δ
• interfrange supérieure au pouvoir de résolution durécepteur
• directions de propagation voisines
III. Interférences non localisées
III.1. Etude d’un dispositif à interférences non localisées
Les trous d’Young
1. Le dispositif et le champ
2. Forme des franges
3. Calcul de l’ interfrange
4. Figure d’ interférence en lumière blanche
Le dispositif des trous d’Young est un dispositif à interférence par division de front d’onde
III.2. Autres dispositifs à interférences non localisées
Miroirs de Fresnel
Interférencepar division de front d’onde
Bilentille de Meslin
Interférence par division de front d’onde
IV. Interférences localisées
Le champ d’interférence est une surfacede l’espace
La figure d’interférence est localiséesur cette surface
IV.1. Etude d’un dispositif à interférences localisées
La lame à faces parallèles
Interférence par division d’amplitude
1. Calcul de l’intensitér résultante
Onde transmise
Onde réfléchie
2. Calcul du déphasage ϕ
3. Forme des franges d’ interférence
4. Interférence en lumière blanche :
(couleurs des lames minces)
5. Applications :
IV.2. Autres dispositifs à interférences localisées
Lame coin (ou coin de verre)
Interféromètre de Newton
Interféromètre de Michelson
CHAPITRE III :
La diffraction
lumineuse
I. Introduction
Figure de diffraction
II. Mise en évidence de la diffraction
(expérience de strioscopie)
III. Etude théorique de la diffraction par une ouverture
III. 1. Principe d’Huygens-Fresnel
Principe d’Huygens
Tout élément ds atteint par une onde se
comporte comme une source dite secondaire
Postulats de Fresnel
• L’amplitude de l’onde émise par ds est
proportionnelle à ds
• La phase de l’onde émise par ds est
celle de l’onde source lorsqu’elle atteint ds
III. 2. Diffractions de Fresnel et de Fraunhofer
Diffraction de Fresnel
La source et l’écran d’observation sont proches
de l’objet diffractant (calculs compliqués)
Diffraction de Fraunhofer
La source et l’écran d’observation sont très éloignés
de l’objet diffractant (calculs relativement simples)
III. 3. Diffraction par une ouverture plane
III. 4. Diffraction par une ouverture rectangulaire
Intensité de la tache centrale
Figure de diffraction
Photo d’une figure de diffraction par une ouverture rectangulaire
III. 5. Diffraction par une fente rectangulaire
III. 6. Diffraction par deux fentes (Fentes d’Young)
III. 7. Diffraction par un réseau de fentes (Réseau)
III. 8. Diffraction par d’autres formes d’ouvertures
Figure de diffraction par une ouverture circulaire
Figure de diffraction par une ouverture carrée (cas particulier de l’ouverture rectangulaire)
Figure de diffraction par une ouverture triangulaire (cas d’un triangle équilatéral)
Figure de diffraction par une grille
CHAPITRE IV
La polarisation
de la lumière
I - Introduction
La lumière est une Onde Electromagnétique transverse
Comme toute onde transverse, la lumière peut
présenter différents états de polarisation
II. Les différents états de polarisation
1. Polarisation rectiligne
Direction de polarisation
2. Polarisation elliptique
3. Polarisation circulaire
III. Production d’une lumière polarisée
1. Polarisation par réflexion
Expérience
Interprétation
2. Polarisation par double réfraction
Cas des cristaux anisotropes : un indice de réfraction
pour chacune des 2 directions de polarisations.
3. Polarisation par dichroïsme (Polaroids)
4. Loi de Malus
Un polariseur ne laisse passer que la projection
du champ incident sur la direction de polarisation
IV. Lames anisotropes
Lame anisotrope = Lame d’un cristal anisotrope (nx,ny)
1- lignes neutres d’une lame anisotrope
2- Déphasage entre les ondes transmises
3- Action d’une lame anisotrope sur une onde
4- Cas particuliers de lames anisotropes
5- Exemple : Effet d’une lame demi onde sur une lumière polarisée rectiligne
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Date de publication : 15/01/2016
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