L'optique ondulatoire

Question 1

Qu’est-ce que la lumière ?
A. Des rayons
B. Des photons
C. Une onde électromagnétique

Answer 1

Réponses A.B.C.

• Des photons (petite particule)
• Une onde électromagnétique (champ électrique,
  magnétique)
• Des rayons lumineux

Question 2

Dans quel contexte utilise-t-on chaque mot (photon, onde électromagnétique et rayon) ?

Answer 2

• Réseau = photons
• Focométrie = rayons
• Oeil = onde électromagnétique ?

Question 3

Déterminer le modèle selon la taille de l’objet des 3 mots : (photon, onde électromagnétique et rayon).
- Atomique : ?
- Si A (cm) = lambda : ?
- Si A (cm)&raquo_space; lambda : ?

et

• L’optique géométrique : ?
• L’optique ondulatoire : ?
• L’optique photonique : ?

Answer 3

• Photons
• OEM
• Rayon
• Lumière = rayons lumineux (dimension de l’objet&raquo_space; longueur d’onde)
• Lumière = onde électromagnétique (dimension de l’objet ~ longueur d’onde)
• Lumière = particule (photon) (dimension de l’objet &laquo_space;longueur d’onde)
  Niveau microscopique et quantique/interaction ~ matière ~ lumière

Question 4

L’optique géométrique s’étudie dans le cadre de la propagation rectiligne de la lumière, vrai ou faux ?

Answer 4

C’est vrai.

Question 5

L’optique géométrique ne donne pas de description satisfaisante des phénomènes d’optique pour :
● Objets avec des dimensions&raquo_space; λ
● λ = longueur d’onde de la lumière (400 – 700 nm)

Answer 5

C’est faux, c’est satisfaisant.

Question 6

L’optique géométrique : “bonne approximation” pour des objets avec des dimensions de l’ordre de lambda, vrai ou faux ?

Answer 6

C’est faux, c’est une “mauvaise approximation”

Question 7

L’optique géométrique ne peut pas s’expliquer, vrai ou faux ?

Answer 7

C’est vrai.

Avec la source lumineuse traversant la fente, on obtient plusieurs rayons lumineux cependant on ne peut
pas l’expliquer avec l’optique géométrique mais avec l’optique ondulatoire.
→ Pour les TP de la focométrie et de l’œil, l’objet utilisé est la lentille (2 cm > λ) donc on peut utiliser
l’optique géométrique.
→ Le TP du réseau utilise lui environ 600 fentes / mm donc la dimension de cet objet n’est pas vraiment
beaucoup plus grande que λ, il faut donc utiliser l’optique ondulatoire.

Question 8

Quelle est la vitesse de propagation dans le vide ?

Answer 8

c = 3 x 108 m/s.

Question 9

La lumière (qui est une onde électromagnétique) est la
résultante d’un champ … et d’un champ ….

Answer 9

électrique et magnétique

Question 10

Les phénomènes d’optique sont eux, liés au champ électrique de l’onde électrique, vrai ou faux ?

Answer 10

C’est faux, électromagnétique.
-> c = λv
Avec λ = la longueur d’onde et v = la fréquence.

Question 11

Quel est le principe de superposition ?

Answer 11

● Qu’en est-il lorsque deux ondes se trouvent au même endroit au même instant ? Pour obtenir
l’onde résultante, il suffit d’additionner les amplitudes des ondes individuelles.
Lorsque deux ondes se trouvent au même endroit au même instant on obtient une onde résultante
constituée de la somme des ondes individuelles.
→ L’onde résultante est la somme des ondes individuelles.

Question 12

Quelle(s) est(sont) la(les) condition(s) nécessaire(s) pour l’interférence de la lumière ?

Answer 12

Les sources doivent être cohérentes. (La différence de phase entre
les ondes doit demeurer constante durant un intervalle de temps
relativement long). Ce n’est pas possible avec les lumières utilisées
pour éclairer les pièces car il y a des paquets d’ondes, la phase n’est
jamais la même. Par contre pour le laser, la lumière garde toujours
la même phase, c’est une onde complète
La lumière utilisée doit être une onde et il doit y avoir un respect du principe de superposition.
L’interférence, c’est la superposition de deux ou plusieurs ondes, produisant une onde résultante = la
somme des ondes qui interfèrent

Donc :
- Cohérence
- la lumière doit être une onde, respect du principe de superposition

Question 13

Que se passe-t-il quand 2 ondes parallèles sont en phase, en même temps ?

Answer 13

En phase : L’amplitude de l’onde résultante est obtenue par la somme des amplitudes des ondes
individuelles et on obtient une frange claire : c’est l’interférence constructive.

Question 14

Que se passe-t-il quand 2 ondes parallèles sont en opposition de phase, en même temps ?

Answer 14

En opposition de phase : l’addition donne une amplitude nulle et on obtient une frange sombre
(les amplitudes s’annulent) : c’est l’interférence destructive

Question 15

La lumière du laser n’est pas cohérente contrairement à la lumière blanche qui l’est, vrai ou faux ?

Answer 15

C’est faux (voir schéma pour + d’infos)

Question 16

Que met en évidence l’expérience de Young : en fente double ?

Answer 16

La nature ondulatoire de la lumière.

Question 17

Quelle est la différence majeure entre interférence et diffraction ?

Answer 17

Il n’y en a pas réellement. Les 2 phénomènes sont inséparables.

Question 18

Lorsque les indices du liquide et de la structure sont identiques, les couleurs structurales apparaissent, vrai ou faux ?

Answer 18

C’est faux, elles disparaissent et seules persistent les couleurs pigmentaires (dans le cours c’était les écailles de fond sur la face ventrale).

Question 19

Que rencontre-t-on sur la surface des bulles de savon, avec de l’huile sur de l’asphalte humide, et en pressant 2 lames ?

Answer 19

Des franges, couches minces.

Question 20

Qu’est-ce qu’une réflexion ?

Answer 20

Un changement de phase, on doit faire la somme des ondes 1 et 2 et regarder les 2 indices de réfractions.
Règle qu’il faut utiliser si on a une onde électromagnétique dans l’air :
On va avoir une réflexion de cette onde par
rapport au verre et cela va provoquer la rotation
de l’onde de 180° par rapport au champ
électrique.
Lors de la réflexion par un milieu plus
réfringent, le faisceau incident subit un
changement de phase de π rad (ou 180°) [Ceci
correspond à un saut spatial de lambda/2].
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Couches minces : on recouvre les appareils optiques pour diminuer les réflexions.
Si la couche déposée a une épaisseur d’un quart d’une longueur d’onde, alors les rayons lumineux
obtiennent une différence de marche entre eux d’une demi-longueur d’onde et s’annihilent en grande partie
par interférence destructive.

Question 21

Décrire le système des couches anti-réflechissante.

Answer 21

Règle à utiliser : on a un changement de phase pour les deux ondes et c’est égal mais l’onde 2 a une
différence de parcours par rapport à l’onde 1.
Si la différence de parcours est égale à la moitié d’une longueur, les deux ondes vont sortir et donc 0
donc pas de réflexion approximation 2d.
Une fine couche anti-réfléchissante, déposée sur un verre correcteur d’une paire de lunettes, est
constituée d’un matériau avec un indice de réfraction de 1,24, tandis que le verre a un indice de réfraction
de 1,50.
Calculez l’épaisseur minimale de cette couche pour que la longueur d’onde de 560 nm soit annihilée par
interférence dans la lumière réfléchie. (On suppose une incidence perpendiculaire de la lumière)
Lors de la réflexion par un milieu plus réfringent, le faisceau incident subit un changement de phase de π
rad (ou 180°) [Ceci correspond à un saut spatial de lambda/2]

Question 22

Si la lumière passe du vide dans un milieu matériel : ?

Answer 22

• La longueur d’onde diminue
• La fréquence ne change pas
• La vitesse de propagation dans un milieu est inférieur à la célérité dans le vide.