Phénomènes d'interférence et de diffraction

Description

Cette séance de cours couvre les phénomènes d'interférence et de diffraction des ondes électromagnétiques, expliquant comment les ondes se propagent, interfèrent et diffractent. L'instructeur discute des principes d'interférence, de cohérence et de diffraction, illustrant le comportement des ondes dans divers scénarios. La séance de cours se penche sur le principe de Huygens-Fresnel, les paquets d'ondes et la distribution de l'énergie des ondes sur la distance. L'instructeur aborde également les implications de sources cohérentes et incohérentes sur les schémas d'interférence, en soulignant l'importance de la cohérence de phase pour l'observation de l'interférence. En outre, la séance de cours explore les effets de diffraction de la lumière passant à travers des fentes de différentes tailles, montrant comment le comportement des vagues change en fonction de la géométrie des obstacles rencontrés.

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Le principe de Huygens-Fresnel est une théorie ondulatoire (Fresnel disait vibratoire) de la lumière exposée par Augustin Fresnel dans son Mémoire sur la diffraction de la lumière soumis à l'Académie des Sciences de Paris en 1818. Dans ce mémoire, Fresnel a exploité les concepts exposés en 1690 par Christian Huygens dans son Traité de la lumière (chaque point du front d'onde est source d'ondelettes sphériques secondaires) et les a complétés avec le principe des interférences pour expliquer les phénomènes de propagation, diffraction et d'interférences lumineuses.

La cohérence en physique est l'ensemble des propriétés de corrélation d'un système ondulatoire. Son sens initial était la mesure de la capacité d'onde(s) à donner naissances à des interférences — du fait de l'existence d'une relation de phase définie — mais il s'est élargi. On peut parler de cohérence entre 2 ondes, entre les valeurs d'une même onde à deux instants différents (cohérence temporelle) ou entre les valeurs d'une même onde à deux endroits différents (cohérence spatiale).

Diffraction processes affecting waves are amenable to quantitative description and analysis. Such treatments are applied to a wave passing through one or more slits whose width is specified as a proportion of the wavelength. Numerical approximations may be used, including the Fresnel and Fraunhofer approximations. Because diffraction is the result of addition of all waves (of given wavelength) along all unobstructed paths, the usual procedure is to consider the contribution of an infinitesimally small neighborhood around a certain path (this contribution is usually called a wavelet) and then integrate over all paths (= add all wavelets) from the source to the detector (or given point on a screen).

thumb|Phénomène d'interférences dû à la diffraction d'une onde à travers deux ouvertures. La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle ou une ouverture ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d’une onde par les points de l'objet. La diffraction se manifeste par des phénomènes d'interférence. La diffraction s’observe avec la lumière, mais de manière générale avec toutes les ondes : le son, les vagues, les ondes radio, Elle permet de mettre en évidence le caractère ondulatoire d'un phénomène et même de corps matériels tels que des électrons, neutrons, atomes froids.

Le principe de Fermat est un principe physique, attribué à Pierre de Fermat, qui sert de fondement à l'optique géométrique. Il décrit la forme du chemin optique d'un rayon lumineux et s'énonce ainsi : Une conséquence première du principe de Fermat est la propagation rectiligne des rayons lumineux dans les milieux homogènes. En effet, dans un milieu homogène, le temps de parcours est proportionnel à la longueur du trajet, et le chemin le plus court dans un espace euclidien pour aller d’un point à un autre est la ligne droite.