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Auteur(s)
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Patrick BOUCHAREINE : Ancien élève de l’École normale supérieure - Professeur à l’École supérieure d’optique et à l’université Paris-Sud, Orsay
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Lire l’articleINTRODUCTION
C’est Isaac Newton qui, le premier, vers 1750, observa et décrivit un phénomène interférentiel. En appliquant une lentille convexe de grand rayon de courbure sur un plan optique, on voit par réflexion une série d’anneaux concentriques typiques, les anneaux de Newton. Nous décrirons ces anneaux à propos de leur application moderne pour la mesure interférentielle des grands rayons de courbure 7.2. Partisan d’une théorie corpusculaire de la lumière, Newton se donna beaucoup de mal pour interpréter le phénomène à partir de ses idées et son autorité étouffa pour longtemps les chances de voir éclore une conception ondulatoire des phénomènes lumineux. Cependant, on retrouve dans sa théorie des « accès » beaucoup des propriétés d’une onde périodique dans l’espace et Thomas Young, l’un des découvreurs de la nature ondulatoire de la lumière, dit avoir trouvé beaucoup de ses idées dans les textes de Newton.
Les interférences lumineuses permettent une observation commode de très petites variations de distances, de l’ordre de grandeur des longueurs d’onde mises en jeu, c’est-à-dire de l’ordre de 0,5 µm. Ce sont toujours des mesures différentielles qui donnent un écart de phase par rapport à une référence : déplacement par rapport à un point supposé fixe, déformation par rapport à une forme de référence (plan, sphère ou autre). Les techniques visuelles aussi bien que les techniques radiométriques permettent d’atteindre de faibles fractions de frange (entre 1/10 et 1/1 000) donnant ainsi accès à des sensibilités nanométriques (le nanomètre est la milliardième partie du mètre). Devenues d’usage courant depuis l’apparition des lasers et de leur extrême cohérence, les interférences lumineuses sont maintenant un outil très employé aussi bien à l’atelier d’optique que dans les contrôles industriels. Nous rappellerons dans cet article quelques propriétés de base des interférences lumineuses en revoyant quelques expériences fameuses, puis nous dresserons un bilan des principales applications sans oublier quelques grands projets actuellement en développement, et qui illustrent les possibilités incroyables de la lumière dans le contexte actuel de l’instrumentation scientifique.
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Applications des interféromètres
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6. Interféromètres à polarisation
Nous n’avons pas parlé jusqu’ici de la nature vectorielle de la lumière. Si nous tenons compte de l’orientation des vecteurs champ électrique et champ magnétique qui constituent une onde électromagnétique, de nouvelles propriétés vont apparaître avec certaines substances transparentes qui n’ont pas les mêmes propriétés dans toutes les directions : ce sont les milieux anisotropes. Nous y observerons des interférences entre divers états de polarisation qui conduisent à des montages aux propriétés fort intéressantes.
6.1 Structure d’une onde électromagnétique
Une onde électromagnétique se propage en obéissant aux équations de Maxwell qui sont l’expression générale des propriétés des charges électriques en mouvement. Désignant par E un champ électrique et par H un champ magnétique, on vérifie :
car il n’y a pas de charges électriques dans le vide ni dans les milieux matériels qui sont électriquement neutres. Cette remarque n’est pas en contradiction avec l’interaction des vibrations lumineuses et des électrons liés de la matière, responsable de la valeur de l’indice de réfraction d’un milieu transparent.
qui est la loi d’induction d’un champ électrique par variation temporelle d’un flux magnétique, µ étant égal à µ0 dans les milieux transparents qui ne sont pas magnétiques.
qui est la création d’un champ magnétique H lorsque E varie avec le temps. Bien qu’il n’y ait pas de charges libres dans les milieux transparents ou dans le vide, Maxwell a montré qu’une variation du champ électrique...
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Interféromètres à polarisation
ANNEXES
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HAUT DE PAGE
Dans les Techniques de l’Ingénieur
BOUCHAREINE (P.) - Spectrométrie optique. - R 6 310, traité Mesures et Contrôle (1994).
HENRY (M.) - Optique ondulatoire. Interférences. Diffraction. Polarisation - . A 191, traité Sciences fondamentales (1982).
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Autres références
FRANÇON (M.) - Interférences, diffraction et polarisation. Handbuch der Physik, - tome XXIV, Springer (1956).
BRUHAT (G.) - Optique. - Masson (1965), réédité (1992).
FRANÇON (M.) - L’optique moderne et ses développements. - Hachette (1986).
CAGNET (M.) - FRANÇON (M.) - THRIERR (J.C.) - Atlas de phénomènes optiques. - Springer Verlag (1962).
FRANÇON (M.) - Thèmes actuels en optique. - Masson (1986).
PEREZ (J.-Ph.) - Optique géométrique, ondulatoire et polarisation. - Masson (1991).
HUARD (S.) - Polarisation de la lumière. - Masson (1993).
LÉNA (P.) - BLANCHARD (A.) - Lumières. - Interéditions (1990).
LÉNA (P.) - Astrophysique. - Interéditions (1987).
Techniques d’utilisation...
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