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STAGE - DIFFRACTION ET INTERFÉRENCES

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Interférences

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On étudie le phénomène des interférences et on essaie de définir ce que sont les interférences de la lumière.

Les interférences peuvent être de plusieurs types d’ondes. Une onde est la propagation d’une perturbation et ici, on se limite au cas de la lumière.

 

Exemple avec un faisceau laser

 

 

On a une source laser notée $S$ qui envoie un faisceau sur un écran. Lorsqu’on observe l’écran et qu’il n’y a rien entre le trajet de la source laser et de l’écran, on observe un point. Maintenant, si on met une fente fine ou un obstacle (un cheveu ou quelque chose qui gêne la propagation de cette lumière) avec un écran derrière, on observe une figure de diffraction. On a une tache centrale de diffraction et de part et d’autre des taches secondaires. 

Avec toujours une même source laser, au lieu de mettre une fente fine, on place deux fentes fines qui sont parallèles et côte à côte. Elles sont vraiment fines par rapport à une grosse ouverture. Si la lumière rentre et qu’elle n’a pas changé de direction, cela donnerait juste un point. On observe, sur l’écran, la même figure globale à part que l’on voit des alternances de zones sombres et brillantes. On appelle cela des franges d’interférences. Cela s’appelle le phénomène d’interférence et la figure est une figure de diffraction et d’interférence.

Parfois on peut les confondre, mais on parle bien de franges d’interférence et de taches de diffraction. La dénomination est un peu différente.

Ensuite, pour essayer de comprendre ce qui s’est passé sur le trajet du faisceau laser obtenu par la source, on fait un petit schéma.

 

 

On a une source laser notée $S$ et, sur le trajet, on a ces deux fentes. Si elles sont vraiment très fines, elle se comportent comme de nouvelles sources car elles vont envoyer la lumière dans d’autres directions.

On trace un axe pour se repérer. Et on place deux nouvelles sources qui envoient la lumière dans d’autres directions. Si on regarde sur l’écran ce qu’il s’est passé, on va tracer le trajet de la lumière qui passe par la source $S_1$ et l’autre trajet qui passe par la source $S_2,$ qui représente les deux fentes. On observe un point $M.$

  

Que se passe-t-il et comment va-t-on interpréter ces franges sombres et brillantes ?

 

On a un trajet qui passe par $S,$ $S_1$ et $M,$ et un autre trajet qui passe par $S,$ $S_2$ et $M,$ également mais qui est plus long. On représente un plan passant par $S_1$ et $S_2$ pour dire qu’elles se situent sur un même plan. Le parcours de la lumière qui passe par $S_1M$ et différent de celui qui passe par $S_2M$.

Si on fait une projection ici, on construit le point $S’_1$ tel que $MS_1 = MS’_1$ par simple rotation ou par une projection non orthogonale. La différence de trajet qui est le trajet $S_2S’_1$ s’appelle la différence de marche. On l'appele $δ.$

Si $ δ = k\times λ$, sachant que la source laser a une fréquence et une longueur d’onde qui est la même que la lumière qui passe par les sources secondaires, on a des interférences constructives. Elles correspondent aux zones brillantes (les zones représentées en rouge).

Si par contre $ δ = (k+\dfrac{1}{2})\times λ$, on est dans le cas d’interférences destructives. Elles correspondent aux zones d’intensité minimale, les zones sombres.

Ces deux types d’interférences sont liées à la différence de marche qui existe sur le trajet de la lumière qui arrive à des endroits différents.