Figures et liens utiles pour la compréhension de la matière

Chapitre 7

Chaque point d'un front d'onde reçoit l'énergie et la réémet dans toutes les directions. Une interférence constructive dans la direction de la propagation et destructive dans les autres directions crée l'apparence de la propagation continue d'un seul et même frond d'onde.

Le principe de Huygens définit comment la lumière, en traversant une ouverture fine (fente mince), est réémise dans toutes les directions.

Chaque point de la fente (une infinité) se comporte comme une source et les endroits logiquement cachés par la paroi reçoivent de la lumière.

L'interférence des ondes émises par les points de la fente génère des orientations où l'éclairement est plus et moins intense (figure de diffraction).

Lorsqu'une onde traverse une ouverture, son comportement dépend des dimensions de l'ouverture.

Le phénomène de diffraction concerne en particulier la rencontre de l'onde avec les bords de l'ouverture (ou d'un obstacle).

Une ouverture de largeur beaucoup plus grande que la longueur d'onde ne produit de diffraction qu'aux extrémités des fronts d'onde droits (non déformés)

Une ouverture d'une largeur comparable à la longueur d'onde entraîne des fronts d'onde pratiquement circulaires centrés sur l'ouverture.

Tout type d'onde pouvant interférer avec des matériaux rencontrés subit de la diffraction et voit sa propagation altérée.

Ici, la diffraction permet aux ondes, d'une certaine manière, de contourner les obstacles. Tout point de l'espace agit comme source qui rediffuse l'onde dans toutes les directions. Ici seul le somme de la colline a été illustré jouant cet effet, car c'est à cet endroit que le phénomène permet "d'éclairer" les lieux "derrière" la colline.

Deux sources projetant leur lumière vers une même ouverture circulaire produisent sur un écran deux figures de diffraction distinctes.

Tant que les deux maximums centraux ne se confondent pas sur l'écran, on peut les distinguer.

Le "pouvoir de résolution" (plus concrètement pouvoir de distinction) désigne la performance d'un montage (d'un instrument d'optique) à générer une image où deux maximums centraux produits par des sources rapporchées (angulairement) peuvent être distingués. Plus les sources sont éloignées de l'ouverture ou plus elles sont rapprochées l'une de l'autre, plus les maximums centraux seront rapprochés sur l'écran et il atteindront la limite de l'instrument à les "distinguer".

Le critère de Rayleigh quantifie l'angle à partir duquel les deux maximums centraux ne peuvent plus être distingués; cela se produit lorsque chaque maximum se trouve vis-à-vis le premier minimum voisin de l'autre maximum. (Cliquer sur la figure ci-contre pour agrandir.)

Le phénomène d'interférence ne se produit jamais seul. Chaque fente produit de la diffraction, et les deux fentes produisant de la diffraction produisent ensemble de l'interférence sur l'écran.

Une application interactive (exige un ordinateur) vous permet de manipuler les paramètres d'une expérience de diffraction par une ou deux fentes.

Ajustez la longueur d'onde, la largeur des fentes et la distance entre les fentes, et obtenez le patron de diffraction correspondant.

La figure résultant d'une paire de fentes est une combinaison d'une figure de diffraction et d'une figure d'interférence:

Le profile d'intensité de la figure de diffraction (en rouge sur la seconde figure) se superpose et atténue la figure d'interférence (en vert) et se comporte comme l'enveloppe du profil d'intensité de la figure d'interférence résultante.

Les franges d'interférence semblent regroupées sous les maximums central et secondaires de diffraction, et on peut observer à l'intérieur d'un maximum de diffraction des franges d'interférence « complètes », alors que d'autres franges d'interférence sont « écrasées » sous un minimum de diffraction (elles peuvent être dites incomplètes).