Description

Ce cours fait suite au cours d’optique géométrique (Optique 1, semestre 1), qui permet de décrire la propagation de la lumière à travers des systèmes optiques tels que les lentilles. L’optique géométrique ne permet toutefois pas d’expliquer certains phénomènes comme la diffraction ou les interférences. Pour les décrire, il est nécessaire de prendre en compte la nature ondulatoire de la lumière : on modélise alors celle-ci comme un champ électrique variable dans le temps, se propageant dans un milieu sous forme d’onde. Cette approche permet d’expliquer les phénomènes observés sans avoir à décrire en détail les interactions entre le champ et le milieu à l’aide des équations de Maxwell, ce qui facilite grandement la démarche.

Compétences requises

• Bases de l’optique géométrique.
• Mathématiques : savoir intégrer et dériver des fonctions usuelles, connaître les développements limités et appliquer les formules de trigonométrie

Compétences visées

• Établir les approximations adaptées pour déterminer les conditions d’interférences en un point pour deux ondes dans un modèle scalaire.

• Déterminer la différence de chemin optique entre deux ondes, le déphasage associé et en déduire l’irradiance ainsi que le contraste.

• Calculer et analyser les figures d’interférences obtenues dans les dispositifs de Young et de Michelson, en lien avec les notions de cohérence temporelle et spatiale.

• Établir les conditions d’interférences pour N ondes et les appliquer à l’étude des réseaux de diffraction et de l’interféromètre de type Fabry–Perot.

• Déterminer les figures de diffraction pour des ouvertures simples en champ lointain (approximation de Fraunhofer).

• Établir des ordres de grandeur et discuter la validité des approximations.

Syllabus

Introduction à l’optique ondulatoire

• Onde plane progressive harmonique (OPPH)
• Onde sphérique progressive harmonique (modèle scalaire)
• Irradiance, intensité
• Chemin optique
• Assimiler une onde sphérique à une onde plane
• Notions de cohérence temporelle et spatiale  

Interférences à 2 ondes

• Notion d’interférence
• Conditions d’interférence en un point
• Irradiance résultante de la superposition de deux signaux cohérents
• Variation d’irradiance, contraste, ordre d’interférence
• Expérience de Young
• Interféromètre de Michelson

Interférences à N ondes

• Phase en progression arithmétique, signaux cohérents
• Réseaux de diffraction
• Cavité Fabry-Perot

Diffraction

• Introduction
• Principe de Huygens-Fresnel
• Diffraction en champ lointain (approximation de Fraunhofer)
• Calcul de l’irradiance en champ lointain (approximation de Fraunhofer)
• Calcul de l’irradiance à l’infini
• Irradiance pour des surfaces diffractantes usuelles (approximation de Fraunhofer)
• Limite de résolution
• Fentes d’Young

Contacts

Responsable(s) de l'enseignement

• Wilfried Grange