MICHELSON EN LUMIERE BLANCHE

Alain Robichon

Description

Niveau: Secondaire, Lycée, Première
MICHELSON EN LUMIERE BLANCHE.. Page 1 sur 4 L'INTERFEROMETRE DE MICHELSON : 1ERE PARTIE. But du TP : Réglage d'un interféromètre de Michelson pour l'observation des franges d'égale in- clinaison ou des franges d'égale épaisseur avec différentes sources. I : Rappels théoriques sur l'interféromètre de Michelson. Q1. Expliquer en quoi consiste le phénomène dit « d'interférences » : Q2 L'interféromètre de Michelson constitue un interféromètre à : 2 'te ondes N ondes une d ondes∞ , , , . Q3. Qu'appelle-t-on frange d'interférences ? Q4. Définir une grandeur (sans dimension) permettant de caractériser la « visibilité » des fran- ges d'interférences. Donner un critère visuel de « bonne visibilité ». Q5. La réalisation d'un phénomène d'interférences lumineuses suppose qu'un certain nombre de conditions soient remplies. Citer 4 conditions nécessaires à la meilleure observation possible d'un phénomène d'interférences à deux ondes : Condition 1 Condition 2 Condition 3 Condition 4 (portant sur l'origine des ondes pouvant in- terférer entre elles) (portant sur l'existence d'un champ d'interférences) (portant sur la diffé- rence de marche des ondes interférant en- tre elles) (portant sur l'amplitude des ondes interférant entre elles) Q6.

• michelson en lumiere blanche


• franges du coin d'air en lumière blanche


• blanc d'ordre supérieur


• ordre de grandeur de l'épaisseur


• bord des lames des fran- ges


• coin d'air

Informations

• Publié par: les_cours_d_alain
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• Langue: Français

Extrait

MICHELSON EN LUMIERE BLANCHE.. ERE L’INTERFEROMETRE DE MICHELSON : 1PARTIE. But du TP : Réglage d’un interféromètre de Michelson pour l'observation des franges d'égale in- clinaison ou des franges d'égale épaisseur avec différentes sources. I : Rappels théoriques sur l’interféromètre de Michelson. Q1. Expliqueren quoi consiste le phénomène dit « d’interférences » : ,2ondes Q2de Michelson constitue un interféromètre à : L’interféromètre,N ondes. te , une∞d'ondes Q3. Qu’appelle-t-onfrange d’interférences ? Q4.des fran- Définirvisibilité »une grandeur (sans dimension) permettant de caractériser la « ges d’interférences. Donner un critère visuel de « bonne visibilité ». Q5.réalisation d’un phénomène d’interférences lumineuses suppose qu’un certain nombre La de conditions soient remplies. Citer 4 conditions nécessaires à la meilleure observation possible d’un phénomène d’interférences à deux ondes : Condition 1Condition 2Condition 3Condition 4 (portant sur la diffé- (portant sur l’origine(portant sur(portant sur rence de marche des des ondes pouvant in-l’existence d’un champl’amplitude des ondes ondes interférant en- terférer entre elles)d’interférences) interférantentre elles) tre elles) Q6. Expliquerla signification des expressions suivantes et préciser sur quels paramètreselles influent Problème de cohérence temporelle: Page 1 sur 4

MICHELSON EN LUMIERE BLANCHE.. Problème de cohérence spatiale : Q7. Citertrois facteurs limitant la monochromaticité d’une source : Q8.par rapport à la lame séparatrice, indiquer à quel système un interféro-« repliage » Après mètre de Michelson est équivalent. Préciser l’orientation relative des miroirs et la forme des fran- ges d’interférences observables avec une source ponctuelle : Système équivalent Position relative des miroirs Forme des franges Q9.d’une source étendue entraîne la localisation des franges d’interférence sur une L’utilisation surface particulière. Préciser cette localisation pour les deux systèmes équivalents de l’interféromètre de Michelson, les conditions d’éclairage de l’instrument, ainsi que l’expression de la différence de marche correspondante. Michelson en « coin d’air »équivalence Michelsonen «lame d’air » Localisation des franges  Conditions  d’éclairage  Différencede marche Page 2 sur 4

MICHELSON EN LUMIERE BLANCHE.. II : Réglage d’un interféromètre de Michelson au contact optique. Reportez vous au protocole de réglage d’un Michelson pour régler celui-ci au contact opti- que, permettant une observation des franges du coin d’air en lumière blanche (source étendue). III : Interférences en lumière blanche. 1°) Mesure de l’épaisseur d’une lame transparente mince.  Partirdes franges du coin d’air en lumière blanche et placer sur l’un des bras du Michelson une lame d’épaisseur eet d’indice n(prendre une lamelle de microscope en verre, n≈ 1,5, L LL montée sur support).  De combien cette lame augmente-t-elle le chemin optique des rayons qui la traversent ?  Commentobserver de nouveau les franges du coin d’air en lumière blanche en présence de la lame ? Déterminer un ordre de grandeur de l’épaisseur d’une lamelle de microscope. Remarque :  Onobserve parfois sur le bord des lames des fran- ges pour un déplacement moitié de celui attendu : cela correspond à des rayons inclinés de telle sorte que la lame n’est traversée qu’une seule fois. Autre illustration de la mise en évidence de faibles différences de marche :  Seplacer au voisinage de la frange centrale et diminuer l’angle du coin d’air jusqu’à obtenir une couleur à peu près uniforme sur toute la surface du miroir: on a pratiquement une lame d’air d’épaisseur nulle.  Modifierl’indice de l’air sur l’un des trajets, avec par exemple un jet de gaz issu d’un briquet (non allumé bien sûr !), ou une pointe rougie d’allumette. Le Michelson ainsi réglé permet de déce- ler une variation de chemin optique d’une dizaine de nanomètres seulement ! Surtout, ne touchez pas la surface du miroir dans cette mani- pulation : celui qui tient l’objet ne regarde pas ce qui se passe sur l’écran ! 2°) Blanc d’ordre supérieur : Spectre cannelé.  Visualisezles franges du coin d’air en lumière blanche et faire avec une lentille de projection une image des miroirs (et des franges localisées sur le coin d’air) peu agrandie : (par exemple f 2 voisine de 125 mm ou 150 mm, distance miroirs - écran = 4f≈50 cm, grandissement = -1).  Fairedesfranges verticales enjouant sur les vis de réglage rapides du miroir chariotable et placer unefente fine parallèle aux frangesà la place de l’écran.  Fairel’image de la fente avec une lentille de projection et placer un prisme à vision directe (en abrégé PVD) derrière cette lentille (voir figure page suivante).  Fairevarier légèrement l’épaisseur du coin d’air en chariotant le miroir mobile: observer sur l’écranun spectre canneléqui rend compte de la composition spectrale de la lumière qui tombe sur la fente : on parle ici deblanc d’ordre supérieur.  Constaterque le nombre de cannelures augmente avec l’épaisseuredu coin d’air.

Lampe Quartz -iode

prisme à Coin L 2 fente proj vision directe écran d’air  Leblanc d’ordre supérieur est le spectre de la lumière blanche auquel il manque de nombreu- ses longueurs d’onde régulièrement réparties dans le spectre.  Donner en fonction deeles valeurs théoriques des radiations manquantes et justifier que ce nombre augmente si e. Page 3 sur 4

MICHELSON EN LUMIERE BLANCHE.. FEUILLE DES RESULTATS. II : Réglage d’un interféromètre de Michelson au contact optique. ¾Localisation des franges du coin d’air : ¾Leur forme : ¾et expression de la différence de marche :Système interférentiel équivalent ¾Éclairage du Michelson et observation des franges : ¾Expression de l’interfrangei: ¾Problèmes d’observation d’une figure d’interférences avec une source de lumière blanche étendue III : Interférences en lumière blanche. 1°) Mesure de l’épaisseur d’une lame transparente mince. ¾Différence de marche supplémentaire introduite par la lame de verre : ¾Épaisseur de la lamelle de microscope testée : 2°) Blanc d’ordre supérieur : Spectre cannelé. ¾Valeurs théoriques des radiations manquantes :

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