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Auteur(s)
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Michel HENRY : Agrégé de Physique - Maître-assistant à l’Université Pierre-et-Marie-Curie (Paris VI)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’approximation de l’optique géométrique (article Optiques géométriques Optique géométrique) permet d’expliquer simplement les phénomènes liés à la propagation de la lumière, tant que les dimensions des obstacles sont grandes devant la longueur d’onde. Lorsqu’il n’en est plus ainsi, il convient d’utiliser une approximation plus fine, le modèle ondulatoire. Rappelons que ce modèle ne permet pas d’étudier l’aspect quantique qui se manifeste entre autres dans l’effet photoélectrique.
L’histoire des modèles de la lumière est celle d’une longue lutte entre les tenants du modèle particulaire, ou théorie de l’émission, et ceux du modèle ondulatoire. Imaginé par Huyghens, ce modèle ne devait se développer qu’à la suite des travaux de Fresnel, qui élabora le premier une explication cohérente des phénomènes d’interférence et de diffraction : la lumière se révélait capable de contourner des obstacles, preuve qu’il s’agissait bien d’une onde.
Le présent article montre comment le modèle ondulatoire permet de prévoir et d’interpréter ces phénomènes d’interférences et de diffraction. La polarisation, quant à elle, fait intervenir l’orientation du vecteur vibration.
Pour les applications, on se reportera à la rubrique Optique du traité Mesures et Contrôle. Nous ne décrirons ici qu’à titre d’exemple quelques modèles d’interféromètres parmi les plus utilisés (interféromètres de Michelson et de Fabry-Pérot, interféromètres à polarisation).
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1. Interférences
Quand deux ou plusieurs ondes lumineuses se superposent, leurs amplitudes s’ajoutent, pour donner une nouvelle onde dont l’amplitude dépend du déphasage entre ces ondes. C’est le phénomène d’interférence, qui n’est d’ailleurs pas réservé à la lumière comme chacun sait.
1.1 Conditions d’interférence. Diviseurs de faisceau
1.1.1 Conditions d’interférence
Il ne peut y avoir d’interférences observables entre ondes lumineuses que si les conditions suivantes sont respectées :
-
elles sont issues d’un même point de la source ;
-
elles ont même fréquence ;
-
les directions de vibration de leurs vecteurs lumineux sont parallèles entre elles (ou, du moins, les composantes qui interfèrent sont parallèles).
Les deux premières conditions correspondent aux notions de cohérence spatiale (la source doit être vue sous un angle très faible) et de cohérence temporelle (la différence de marche des ondes qui interfèrent doit être petite devant la longueur des trains d’ondes), explicitées dans l’article Optique cohérente. Traitement optique de l’information [A 1 085].
La dernière condition est liée à la polarisation (étudiée au paragraphe 3 du présent article).
Il est impossible de réaliser des sources indépendantes dont le temps ou la longueur de cohérence soient suffisants pour leur permettre de jouer le rôle de sources ponctuelles cohérentes dans un dispositif interférentiel. C’est un fait d’expérience courante avec les sources thermiques. C’est aussi...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - La bibliographie générale citée en tête de la rubrique Optique contient la majeure partie des ouvrages traitant des notions fondamentales relatives aux interférences, à la diffraction et à la polarisation. Quelques renseignements complémentaires se trouvent dans les ouvrages suivants :
-
(2) - COWLEY (J.-M.) - Diffraction physics. - North Holland (1975).
-
(3) - FRANÇON (M.) - Interférences. Diffraction. Polarisation. - Dans Encyclopedia of Physics, vol. 24, Springer Verlag (1956).
-
(4) - FRANÇON (M.) - Diffraction. Cohérence en optique. - Gauthier Villars (1964).
-
(5) - FRANÇON (M.) - Optique. - Masson (1972).
-
(6) - FRANÇON (M.) - Vibrations lumineuses. Optique cohérente. - Dunod (1970).
- ...
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