Objets de phase et filtrage - Plate forme Optique C E S I R E Université Joseph Fourier Grenoble
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Niveau: Supérieur, Licence, Bac+3
TP - L3 Pro - Plate-forme Optique - C.E.S.I.R.E. - Université Joseph Fourier - Grenoble TP3 OBJETS DE PHASE ET FILTRAGE AVERTISSEMENT Sécurité : Les lasers utilisés en TP sont de classe II ou IIIa. Diriger toujours le laser vers un écran. Attention aux réflexions sur les faces des lentilles. Obturer soigneusement le faisceau aussi fréquemment que possible et couper l'alimentation dès que l'on n'utilise plus l'appareil. Protection du matériel : pour préserver les optiques, souvent recouvertes d'une couche anti-reflet fragile, il ne faut jamais poser les doigts dessus. Lorsque le matériel apparaît sale, appeler l'enseignant qui jugera s'il convient de le nettoyer. Comptes rendus : ils sont a réalisés dans la durée du TP et à rendre donc à la fin de chaque séance de TP. Les absences sont à justifier auprès du secrétariat de l'IUT. Toute absence non justifiée sera sanctionnée par un zéro au TP manqué. 1. Voir la transparence De la glycérine dans l'eau, le sillage d'un avion supersonique, les imperfections des lentilles ou les fluctuations atmosphériques provoquant le scintillement d'une étoile sont des objets de phase. Les objets de phase dont l'indice di?ère su?samment du milieu environnant se voient facilement : un agitateur de verre dans l'eau ou le brouillage causé par la convection de l'air au-dessus d'un radiateur.

  • fourier

  • indice de l'eau sous l'action d'ultrasons

  • longueur d'onde

  • figure de di?raction dans le plan focal de l2

  • laser

  • e?et lentille

  • image de phase

  • fréquences spatiales


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Extrait

λ
t?s-agL3s?parationPropr?cis,-l'eauPlate-formed'ondeOptiqueoisins,-transparenC.Een.S.I.R.E.est--Univimageersit?celuiJosephconFjourierde-deGrenobletTP3vOBJETSlaDEr?fraction,PHASEsonET?FILtrasteTRAdonGEplusAvVERtTISSEMENTdeS?curit?arable:parceLesabsenlaserserreutilis?s1envTPdesoncaus?tau-dessusdeeetsclasseuId?nissableIlenoudiraction,IdeIbutIajet.donDirigerPtoujoursplong?ltr?serestelaserr?fractionvphaseersg?n?ralemenun%,?cran.PAlettend?tailtionphaseaux1.r?exionsobsurdelessifacesirr?gudesd'unelenpartilles.ousenObturerdusoigneusementttleunfaisceauerreaussilefr?quemmenlatdequeradiateur.p?ossible:etlorsqucoupsurfaceerais?menl'alimen-tationeetd?sillequediusion,l'onlesn'utilisevplusal'apparei.l.deProtectiond'unduphasemat?rielph:lepsusanourexemplepr?servtateerunlesl'indiceoptiques,oisinsouvvenvisibletindicesrecouvtertesl'imaged'udicileneOncoucqu'en-dessoushedeanesttvisible.i?tre-sutryeetrefral'gile,tilcne.fautobjamaisestpdeoserlaleslumineusedoigtsqu'elledessus.jetLorsqueAinsileamat?rlaieldeappara?ttraduisensale,vappquielercesl'enseignanttmilieuquivironnanjusegeraoiens'ilfacilemencon:vienagitateurtvdedansleounettobrouillageyparer.conComptesectionrendusl'air:d'unilsCecisd?ontroistoptiquesa-r?alis?sr?exiondans'lanedur?ededuestTPtet;?larendreoudoncde?tla;nladelaclorsquehaquedimensionss?ancetdeoisinesTPl.longueurLes1aLebsencesestsonformertpartir?objustierdeaupr?sunedudesecr?tariatasedetl'IUT.conTsoitoutet.absencearnonunjusti?eiseraursanctionn?edansparliquideuntz?roestauvTPdemanqu?.du1.erreVinoir:lalestranspdearencesonDevlaplusglyc?rinededansestl?'eaoir.u,admetletsillaged'und'untrastea5vl'imageiquasimenoinn1supourersoniqupluse,illesqueimpraerfectionocourbunsd'undesdelenobtilleseoudelsoiteomps?TPuctuationsFig.atmosph?riquesUnprojetvtounquanjettphase,lequescinphasetillemenl'ondetdi?red'unece?toileseraitsonl'obt?taitdt.eslesobljetsridedephasesurface.lameLesvobsejetstdedesphariationsasephasedon?pttl'indiceirr?gularit?s.di?resusammenΛ/2 Λ
ourtransparenobservte'ond(ondiquementmonl'indicel'?metteurvd'ondesarieexpliqpcuv?riodediquemendetlenetiltransvpasersalementestertod?forme?l'ondeestplanetipressionndanscidenunete.formeAtensit?grandelesdistance,destructiononaussiobservparall?leel'ondedesenzAugustones(obsomibrestenetqudeslazonesstatique.pEnluslaclairesuneduedes,?Onl'eetmodecorresplenelletille3Onmoutildueisenetroisnitecsoushniquesunepdispourqua;ugmenlaterfondlediminconDetrasteFd'uneoptiques,imageErnstdedphase1886).:de-tl'eet;lenl'admettre.tillecertaines:l'indiceomdubroscopiea(deshadodanswscop?yr??c)fond;e,-ultrasonoreladulationdiractionlaouparall?lesla2.diud'ondesioneu:questrioscopieconduit2d(oudantecdehniquesousscfrangeshlierenl'?cran,)donc-delesfaisceaum?thol'eetdesPr?cautionsinfaireterf?rendanstiellestropetpleinelaeinepourolarisationdulationde:lad'unlumi?reet;pLesplaneal'?metteurpplicationsfondenea?ronautique,loinacoustiqueuationetleenlebiologie;sonstries.tparextr?mpemenqualit?tparimpetortanhtes.lesunCitezsupd'autresLeob?jetsvded'indicephsimpleaseedonsetdilqu'onseraitqueindut?ressandtpd'obtenirauuneeidemaussi.agequesusammenn'esttstationnairesconlatras-et?e.ultrasons.Danssecehissanquiausuit,deoncuv?tendlladed?nitionformed'obmojetdedesousphaseforme?frangesdesespac?esobUnelameFig.?tanlajetstquilongueurabsorbacoustiqueenletuide.ppeutltreracettelumi?re,dulationtels?unemoplumeulationd'oiseauonouteunel'indiceimager?fractiontransparenaussite,lapudeiparall?lessqSuru'ionlsedonnenunetdulationlil'ineduulaser,??diractiondeettille.mo:dienpast?mettrelaultrasonspl'air,hase.laisser1.1.longtempsOm?broscopie.puissanceLapstructurededuPfaisceauobtenirtransmismoestecace,mofautdi?eparosezlefaisceaugradienparall?lethomog?netransveersalossibled'indiceondede)l'obplacezjetbiendauedephase.cuvOnetptropeutdumon(l'att?ntrerdequedansl'?clairemenuidetuerelatiftauxsurstationnaires)l'?cran2estl'allemandpropUtilis?ortionnel1859?Louislaoucaultd?rivour?elasecondedesdepuiscel'AllemandgradienT?plert.parOnMacproppose?tudierdturbulences'ans?tugazdierjetenersoniqued?tail3l'obprjetcessusdel'originephasecetteconstitu?ariatparonlesn'esvpasariations?d'indiceuderl'eauonsoconustel'actioned'uNoterls'attendtrasocens.danspartiesR?alisezlileimonetageoscilled'om?riobroscopietlasercours(Ftemps,itgphase.l3lumi?re)Ilpclairourl'imagevisualiserphaselespasondes2acoustiquesL
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cuobserve.e?e,des(om(Fig.4)bresvdonetmicroscopleg?n?rateurconterptrasteprovsoinarieti?remencommeouvlaond?rivles?ehesecondepr?cisiondetl'indicefodeautourr?fractionedeplanel'obdonjettdetagephase.tsuivialejustezdela(distanceleentreenl'?metteurtacetconjugu?lemicfontransparendladpelumi?relan.cuvlumi?ree?trepndeoourquoiurg?n?ralemenqestu'elluneousoitde?galeob?caleun4nompbred'assezenmm).tiersdeaudemidelongueurpd'ondeobtenacoustiquel'optimiser(eng?n?r?faisaneautectvandarier?cettemasquerdistanceAjustezondansdoitdeobservoire3unesurmoLorsqu'ondl'obulationhpest?prideohappdiqueldPr?cisezutconL'exptraste)id?ale;s?euneFstrictemenormezc'estl'in?cessitemOnaged'undel'homog?n??t?phase,qu'unerecfauthercparall?lehezeune?clairerpl'obositionLeoptimaledoncdedel'?crancourtepyourgrandissemenlaquelleositionslencouronlentrastefoest?maxourilasermsal.eutoinV?riezvquejectiflaunmoodulationfaisceaud'ietnptensit?lumineusedeobservans?eesurlesl'?cranarezdispara?tlasicaleong?n?rateurdiminteueQuandl'amplitudecoupdetla;tenvsid'observonplanHF.l'obsMesurez4laTPvitesseosduoinsonopaquedansunl'eaut.sacinhanosetjet,quetaclaefr?quencecaledeunl'ondeeuacoustiqueerturbestetdela800s'?ckHz.edeEv'?craaluezl'incertituded'o?surviencettecettevitesse.parasite.1.2.?riStrioscopie.nceL'imagedevraitobtenr?aliueaparecomobroscopieparall?leesttp(Fig.4),eupconelletrast?e,uncarparticulier.?partl'eettdelaserlenttillespatialevienmeilleuretlampseIlsupformerefaisceaurpsusammenoserlarglp'inrtenseenfaisceautdirect,jetdonphase.tmonlautiliser?partitionund'injectiftensit?microscoprestedetr?sfov(toisinepiquemende:cetqu'elledeserait,sansertureoum?riquebcertainesjet)ded'unephase.tilleL'id?egrandedecalelaPstrioscopie3.estPded?barrasserstoppfaisceauerdeleefaisceauinhomog?n??t?s,directpenplacerpla?anpttauconfoergenceyl'oberdedeel'?cran,tr?sonetittrm).uV?riezqualit?la?lentillaledudeparall?leproujectioneectuerFig.r?glagesn?cessairesunour?cran;deEtudiezfaibler?seaudimensions,phasemasquandtlaexactemenvt?lapartacultrasons.heCompfol'aspcaledeentacl'absencefod'obqujetledeestphaserou(Fig.4).etL'utilisationl'arr?t.d'unlelaserestfacilite?,consid?raexactemenblemencettethel'oabtenectionl'?crandeationl'imageledeimagephase.deLejetmasquephautilis?edans;cetteVexple?riencedeestrucopie.npT
f =1/T f =2/T +1 +2
ionsectredimensionsuneestcompplac?cesdansdeleepland'desonores.Fquiourier?riodouenmani?recon?fenin'tercepter,appenvisiblesl'absencebiende?troits,l'oblejet,plamoinslumi?reenissued'undudur?elaser.deOnz?ro.recueillediractionsuranalogiel'?cranleunesuiviLesmspatialesagedi?rencesdueexplicitemenseulemenunetsp?picslar?partispr?senceedepasl'obunjetncesded'unepmaximahase.Surrepr?senMesurezencesl'inlaterfrangeesur.l'imagefr?quencesobtenuneue,ondanenquoitirerFlaparlongueurn'estd'onpr?c?dendequietoitlavvitesseddes?ondesdeacoustiquealdanstl'eau.enordresIncqu'ilsertisptucompdede.?nies,2.deFilconstitu?tra?geenspana?tial.Laalsttriosco(parpieleestdeconpluss?troits,id?plusr?eautourcommefr?quencesl'bienugureneondesletecshniquessignalrelevconstitu?an?titit?riodedel'deoptiqueobdes?rieFaourier,.osanPueour?unPr?cisezobondjette.diractanspatiales.t,laonr?seaumontr?streequedel'imageAudeundiractionarie?onlr?partition'inntensit?i,dansoutdiractionrecdeerpJosephpropaga-vtsonsonFparraunhofergieestcorresplafr?quencestransformationyspatialedede-Fsonoudiractionriterdansdedel;'obortejet.s?rieCepfr?quencesenddanoutectrepfr?quencesourestcomdeprendretrlessnotionssouvdetbasesuivdtesl'rioptiqueharmoniquedLorsqueesignFn'estourierexactemen,pildiquen'estexemplepasbruit),n?cessairesdeectresafr?quevn'estoirconstitu?eepicsctuermaismath?matiquemenstructuretouunelargetransformationdededeFplusourier,moinsnid?nis.delasa5vhaut,oiracet?qu'estspladeconfr?quvd'unolu-(outionson)dedefonr?pctioopns.diquLad'impulsionsterminologiecourteutilis?es?par?esenilaOnmati?reservablaondebharmoniques...fe?cranlUn4.Fig.Ilded'ordresen,analogies,...notammenexistetcompdetetermestinempruncorrespt?st?l'ordrel'acoustiqueou?aucorresptraitemencettetosandu2.2.signal,r?quencesnotaLammendetlumi?relaund?compdeosititesonesnquenl'frspatiale?l'exemplequencest..lieu2.1.?couterRappsignalel.vUndanssignaltemps,acoustiquev(?lectrique,une?lectromagn?tiqudeinetc.)quicorresparieondl'espace,?anlauneviariationtd'unepgrandeurendiculairephlaysiquetion.audi?rencoursordresdudiractiontempst.el?sSiancetteovfr?quencesarietaondentiauxoharmoniquesnIlestastrictemeng?n?raltuxp:?riolesdiquen?gatifs-partexenemplealorsun'apparaissennpassontdeles?ectrestefr?quensoutensonoresu-4ilL2
L2
l'i?diregaucjethela:tilleimpulsionsapconjugu??riounediquesauaurcou.rsduduFig.temps.lemenEnenhdeautd'un?adroiteconjugu?::spl'obectreedeparenfr?quencesestcorrespdeondangetec;ennoteyrjournal.la(pfr?quenceour0.diractionEn(rbasdans:deanaloguedansspatial,ordrescesettransvfr?quences;saxepouratialesfacile.con(Scth?maFded?traprincipObserve).plan-Observenjetdiraction;l'ordrer?glablez?roltrez(spnotLecepngristralcommenou?efr?quence?spatialeourier.z?ro),onquiagecorrespFondb?slatraits,compposanfoteacon5.tinplanuel'ob(vsaleure-t-onmoplansyOnentnesondu

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