Optique physique

Jean-Louis Meyzonnette

Description

Le but du premier chapitre se limite à fournir les bases électromagnétiques de quelques unes des méthodes les plus utilisées et à montrer sur un cas précis d'objet diffractant, celui de la tige infinie et comment ces méthodes peuvent permettre de prévoir théoriquement l'interaction entre la lumière et l'objet. Le deuxième chapitre traite de la diffraction de la lumière à travers les conditions expérimentales qui lui sont liées, les types de diffraction, la diffraction en présence d'un instrument optique, la diffraction de Fraunhofer et du filtrage optique des fréquences spatiale. Le chapitre 3 expose les principes théoriques permettant d'interpréter les phénomènes d'interférences, il fournit la description des principaux dispositifs interférométriques ainsi que quelques applications caractéristiques qui en découlent. Dans le chapitre 4 la biréfringence est abordée par la double réfraction, le tenseur de susceptibilité diélectrique, les équations de Maxwell, la construction des faisceaux réfractés et les interférences en lumière polarisée. On y trouve également les présentations des biréfringences circulaire et induite. Le dernier chapitre traite de la radiométrie optique qui intervient au niveau fondamental de la physique, dans l'analyse des interactions de la lumière avec la matière, mais aussi au niveau expérimental et industriel dans la conception et la métrologie de dispositifs, capteurs ou systèmes optiques et optroniques.

Sujets

• Sciences expérimentales
• Physique
• Sciences
• Sciences et techniques
• Physics
• Optics
• Lights
• Science
• Optique
• Physical attractiveness

Informations

• Publié par: Hermès - Editions Lavoisier
• Date de parution: 01 septembre 2022
• Nombre de lectures: 21
• EAN13: 9782746227279
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 27 Mo

Extrait

Optique physique© LAVOISIER, 2003
LAVOISIER
11, rue Lavoisier
75008 Paris
Serveur web : www.hermes-science.com
ISBN 2-7462-0729-X
Le Code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5, d'une
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illicite" (article L. 122-4). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce
soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du
Code de la propriété intellectuelle.Optique physique
biréfringence et radiométrie
sous la direction de
Jean-Louis MeyzonnetteIl a été tiré de cet ouvrage
25 exemplaires hors commerce réservés
aux membres du comité scientifique,
aux auteurs et à l’éditeur
numérotés de 1 à 25Optique physique
sous la direction de Jean-Louis Meyzonnette
fait partie de la série OPTOÉLECTRONIQUE
dirigée par Jean-Pierre Goure
TRAITÉ EGEM
ELECTRONIQUE – GÉNIE ELECTRIQUE – MICROSYSTÈMES
Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin
de disposer d’un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires
à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l’utilisation des
composants, circuits et systèmes utilisant l’électricité, l’optique et
l’électronique comme support.
Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements
physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines
traitées, ce traité constitue un état de l’art structuré autour des quatre
grands domaines suivants :
Electronique et micro-électronique
Optoélectronique
Génie électrique
Microsystèmes
Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux
qu’expérimentaux du domaine qu’il étudie. Une classification des différents
articles contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé
orientent le lecteur vers ses points d’intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi
d’un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été
choisis pour leur pertinence dans l’avancée des connaissances ou pour la
qualité des résultats obtenus.Liste des auteurs
Gérald BRUN
Laboratoire traitement du signal et instrumentation-CNRS
Université Jean Monnet
Saint-Etienne
Germain CHARTIER
INPG
IMEP
Grenoble
Serge HUARD
Institut Fresnel
ENSPM
Marseille
Thierry LÉPINE
Institut d’Optique
Orsay
Daniel MAYSTRE
Institut Fresnel
CNRS
Marseille
Jean-Louis MEYZONNETTE
Institut d’Optique
Orsay
Isabelle VERRIER
Laboratoire traitement du signal et instrumentation-CNRS
Université Jean Monnet
Saint-Etienne’
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Table des matiŁres
Introduction ........................................ 15
Jean-Louis MEYZONNETTE
Chapitre 1. Diffraction : les fondements ØlectromagnØtiques ......... 19
Daniel MAYSTRE
1.1. Introduction ..................................... 19
1.2. Le problŁme physique............................... 21
1.3. Le problŁme aux limites mathØmatique, problŁmes de Dirichlet
et de Neumann, existence et unicitØ de leur solution ............... 22
1.3.1. Equations fondamentales de lØlectromagnØtisme ........... 22
1.3.2. Polarisation s, problŁme de Dirichlet ................... 24
1.3.3. Polarisation p, problŁme de Neumann .................. 25
1.3.4. Le problŁme aux limites........................... 26
1.3.5. Cas de la polarisation arbitraire ...................... 27
1.4. Expression analytique du champ lextØrieur de lobjet .......... 30
1.5. Expression du champ linfini, section efficace diffØrentielle ....... 33
1.6. Le cas du cylindre circulaire : mØthode modale de rØsolution 35
1.7. Le cylindre de section arbitraire :
la mØthode de Rayleigh et ses limites ........................ 36
1.8. Les propriØtØs analytiques du champ 38
1.8.1. Lemme fondamental ............................. 38
1.8.2. Conservation dØnergie : le thØorŁme optique .............. 41
1.8.3. Le thØorŁme de rØciprocitØ ......................... 43
1.8.4. Expression du champ linfini en fonction du courant de surface. . 44
1.9. La mØthode intØgrale ............................... 45
1.9.1. Approche intuitive du phØnomŁne de diffraction ............ 45
1.9.2. La mØthode de Kirchhoff .......................... 46
1.9.3. Equation intØgrale rigoureuse de la diffraction ............. 52
1.10. Conclusion..................................... 57
1.11. Bibliographie ................................... 58



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10 Optique physique
Chapitre 2. Diffraction de la lumiŁre......................... 61
Serge HUARD
2.1. Conditions expØrimentales............................ 61
2.2. DiffØrents types de diffraction .......................... 62
2.2.1. Diffraction de Fresnel 63
2.2.1.1. Diffraction par un bord dØcran.................... 65
2.2.1.2. Diffraction par une fente ........................ 67
2.2.2. Diffraction de Fraunhofer 68
2.3. Diffraction en prØsence dun instrument doptique ............. 69
2.3.1. Influence dun systŁme optique sur une onde qui le traverse ..... 70
2.3.2. Diffraction au voisinage dun foyer 71
2.3.2.1. Plan objet confondu avec le plan principal objet ......... 71
2.3.2.2. Plan objet situØ en avant du plan principal objet.......... 72
2.4. Diffraction de Fraunhofer par des pupilles particuliŁres 75
2.4.1. PropriØtØs gØnØrales ............................. 75
2.4.1.1. Figure de diffraction .......................... 75
2.4.1.2. Influence de linclinaison de londe dØclairage .......... 76
2.4.1.3. Influence d une translation ou d une rotation
dans le plan de la pupille 77
2.4.2. Cas de pupilles simples ........................... 78
2.4.2.1. Figure de diffraction dune pupille rectangulaire ......... 78
2.4.2.2. Figure de diffraction dune fente de largeur a ........... 79
2.4.2.3. Figure de diffraction dune ouverture circulaire .......... 80
2.4.2.4. Cas des pupilles complØmentaires .................. 82
2.4.2.5. Figure de diffraction d une pupille transparence sinusodale . 83
2.4.3. Cas de plusieurs pupilles identiques.................... 85
2.4.3.1. Cas de deux pupentiques 85
2.4.3.2. Cas dun grand nombre de pupilles identiques ordonnØes .... 87
2.4.3.3. Ensembles de pupilles identiques dØsordonnØes.......... 88
2.5. Filtrage optique des frØquences spatiales ................... 90
2.5.1. Formation des images en Øclairage cohØrent............... 90
2.5.1.1. Cas dun objet de transparence sinusodale............. 93
2.5.1.2. Objets unidimensionnels de transparence pØriodique ....... 96
2.5.1.3. Objet doublement pØriodique ..................... 99
2.5.2. Filtrage spatial propriØtØs gØnØrales ................... 103
2.5.2.1. Filtrage passe-bas............................ 103
2.5.2.2. Filtrage passe-haut ........................... 104
2.5.3. Visualisation des objets de phase 105
2.5.3.1. Strioscopie ................................ 105
2.5.3.2. Contraste de phase 107
2.6. Bibliograhie ..................................... 108




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Table des matiŁres 11
Chapitre 3. InterfØromØtrie et applications..................... 109
GØrald BRUN et Isabelle VERRIER
3.1. Introduction ..................................... 109
3.2. Formulation thØorique de linterfØromØtrie .................. 110
3.2.1. Formulation gØnØrale des phØnomŁnes dinterfØrences ........ 110
3.2.2. CohØrences spatiale et temporelle 114
3.2.3. Influence de la gØomØtrie du faisceau................... 118
3.2.4. RØponse impulsionnelle dun interfØromŁtre .............. 120
3.3. Dispositifs interfØromØtriques et applications................. 123
3.3.1. InterfØromŁtre de Michelson ........................ 123
3.3.1.1. Principe de mise en uvre....................... 123
3.3.1.2. Obtention de franges dØgale Øpaisseur ............... 125
3.3.1.3. Obtention de franges dØgale inclinaison .............. 127
3.3.2. Autres interfØromŁtres deux ondes ................... 128
3.3.2.1. Mesures de dØformations : configuration Twymann-Green . . . 128
3.3.2.2. InterfØromŁtre de Fizeau 130
3.3.2.3. InterfØromŁtre de Mach-Zehnder 131
3.3.2.4. InterfØromŁtre de Sagnac ....................... 133
3.3.3. InterfØromŁtre ondes multiples ...................... 134
3.3.3.1. Principe de mise en uvre 134
3.3.3.2. RØponse impulsionnelle de linterfØromŁtre ............ 136
3.3.3.3. Applications spectroscopiques de linterfØromŁtre
de Fabry-Perot ................................... 137
3.4. Conclusion et rØcapitulatif des applications et dispositifs associØs .... 139
3.5. Bibliographie .................................... 142
Chapitre 4. BirØfringence................................ 143
Germain CHARTIER
4.1. Introduction de la double rØfraction....................... 143
4.1.1. Directions privilØgiØes de vibration .................... 143
4.1.2. Quelques exemples de propagation en milieu anisotrope ....... 144
4.2. Le tenseur permittivitØ diØlectrique 146
4.2.1. La relation tensorielle entre champ et dØplacement Ølectrique .... 146
4.2.2. InterprØtation microscopique de la birØfringence ............ 148
4.3. Equations de Maxwell en milieu anisotrope.................. 149
4.3.1. Equations de Maxwell pour des ondes harmoniques planes...... 149
4.3.2. CaractØrisation dune onde plane dans un milieu anisotrope ..... 151! ! ! !
4.3.2.1. Disposition relative des vecteurs E ,D ,H et k ......... 151
4.3.2.2. Formules de Fresnel .......................... 152
4.3.3. Surfaces caractØristiques des milieux birØfringents........... 153
4.3.3.1. Surface des indices dans un milieu biaxe.............. 153
4.3.3.2. Surfaces des indices dans un milieu uniaxe............. 155





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12 Optique physique
4.3.3.3. Surface des inverses des indices dans un milieu uniaxe ..... 155
4.3.3.4. Ellipso de des indices, vibrati