Filière Sciences de la Matière Physique

(SMP S4) Faculté des Sciences Département de Physique Kénitra

Cours de Physique

Module 22

OPTIQUE PHYSIQUE

Auteur : Prof. H. NAJIB

Année universitaire: 2014 - 2015

Prof. H. NAJIB Optique Physique 2014-2015 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

COURS D’OPTIQUE PHYSIQUE Version1 : septembre 2004 ; Version2 : septembre 2006 ; Version3 : juillet 2012 ; Version4 : juillet 2013 Version5 : Mars 2015

Filière : Sciences de la Matière Physique SMP Module 22 : Optique Physique

Professeur : H. NAJIB Bureau : Equipe de Spectrométrie Physique Laboratoire de Physique de la Matière Condensée Université Ibn Tofaïl Faculté des Sciences Département de Physique Kénitra / Maroc

Adresse électronique : [email protected]

Sites Web Perso : http://najib-optique.yolasite.com http://najib-spectra.yolasite.com

Avertissement : Le nom d’optique physique est donné à toute la partie d’optique faisant intervenir la nature ondulatoire de la lumière. J’ai rédigé ce polycopié d’optique physique essentiellement pour les étudiants de la filière SMP S4. Il est issu du cours que j’ai enseigné pendant plus de dix ans aux étudiants de PCII, MPII et SMP_S3 de la Faculté des Sciences de Kénitra, de 1986 à 2013; et aux étudiants de deux écoles privées de Rabat: Ecole Sup-Optic et Ecole Paramédicale d’Orthoptie et d’Orthophonie (promotions des années 1999 et 2000). J’en ai volontairement limité le contenu en évitant de détailler certaines démonstrations théoriques inutiles. Mais, pour une meilleure illustration du cours, j’ai usé de figures que j’ai réalisées moi-même et de photos que j’ai pu télécharger de plusieurs sites internet. J’accueille avec reconnaissance toute critique ou suggestion de la part des lecteurs de ce polycopié. Je les en remercie d’avance.

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Objectifs du cours : -

Introduire les bases de la théorie ondulatoire de la lumière en faisant le lien avec la théorie électromagnétique de Maxwell: c’est l’objet du chapitre I.

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Examiner les conditions d’obtention des interférences de deux ondes lumineuses par division du front d’onde et par division d’amplitude: c’est l’objet du chapitre II.

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Etudier quelques systèmes interférentiels par division d’amplitude ; c’est ce qui est traité dans le chapitre III.

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Expliquer les phénomènes de diffraction liés à une limitation matérielle de l’onde lumineuse: c’est le contenu du chapitre IV.

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Etudier les différents états de polarisation d’une onde lumineuse, c’est l’objet du chapitre V.

Volume horaire : 18 h de cours, 18 h de TD, 10 h de TP

Pré-requis : -

Bases de l’optique géométrique (voir mes cours MPII, PCII de 1986 à 1993, SMP SMC S2 : 2011 / 2012 / 2013) http://najib-optique.yolasite.com/optique-geometrique.php

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Bases de l’électromagnétisme

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PLAN DU COURS

CHAPITRE I GENERALITES SUR LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES

I.1- Onde Electromagnétique I.2- Onde Lumineuse I.3- Equations de Maxwell I.4- Equation de Propagation d’une OE I.5- Surface d’onde I.6- Onde Plane Progressive OPP I.7- Onde Sphérique Progressive (OSP) I.8- Structure d’une onde Plane dans le vide I.9- Onde Plane Progressive Monochromatique OPPM I.10- Intensité d’une onde lumineuse I.11- Composition de deux ondes monochromatiques synchrones

CHAPITRE II INTERFERENCES DE DEUX ONDES LUMINEUSES

II.1- Définition II.2- Superposition de deux OPPM synchrones II.3- Conditions d’interférences lumineuses et réalisation pratique II.4- Différence de marche optique, Ordre d’interférence et Franges d’interférence II.5- Contraste des franges

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II.6- Interférences non localisées par division du front d’onde 1- Dispositif des trous d’Young a) Figure d’interférence b) Calcul de la d.d.m δ c) Interfrange 2- Réalisation pratique d'interférences par division du front d’onde a) Miroirs de Fresnel b) Bilentilles de Billet c) Biprisme de Fresnel

II.7- Interférences localisées par division d’amplitude 1- Franges d’égale inclinaison - Lame à faces parallèles a) Interférences par transmission b) Interférences par réflexion 2- Franges d’égale épaisseur a) Lame coin ou lame prismatique b) Dispositif des anneaux de Newton

CHAPITRE III SYSTEMES INTERFERENTIELS

III.1- Interféromètre de Michelson III.2- Interférences à ondes multiples - Etalon de Fabry-Pérot 1- Principe 2- Etude de l’intensité 3- Coefficient de finesse 4- Pouvoir de Résolution a) Critère de Rayleigh b) Exemple numérique

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CHAPITRE IV DIFFRACTION D’UNE ONDE LUMINEUSE PLANE PAR DES FENTES IV.1- Définition IV.2- Principe de Huyghens-Fresnel 1- Diffraction de Fresnel 2- Diffraction de Fraunhofer IV.3- Classification des phénomènes de diffraction IV.4- Calcul de l’amplitude diffractée - Intensité IV.5- Diffraction par une ouverture rectangulaire 1- Amplitude et intensité 2- Figure de diffraction IV.6- Diffraction par une fente 1- Figure de diffraction 2- Interfrange angulaire IV.7- Diffraction par les fentes d’Young 1- Intensité résultante 2- Allure de I(X) IV.8- Diffraction par un réseau

CHAPITRE V POLARISATION DE LA LUMIERE

V.1- Etat de polarisation d’une OPPM V.2- Polariseur – Analyseur V.3- Milieux biréfringents V.4- Lame demi-onde – Lame quart d’onde

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