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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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7. Applications des interféromètres
Comme nous l’avons dit en introduction, les interférences de la lumière permettent de mettre en évidence de très faibles variations d’un chemin optique par rapport à un autre pris comme référence. L’observation visuelle ou photométrique de la déformation des franges permet d’atteindre des sensibilités allant du dixième d’interfrange pour une observation visuelle à un centième ou quelques millièmes d’interfrange par une analyse plus complète. Cette dernière sensibilité n’est justifiée que si le faisceau de référence permet de garantir une stabilité du même ordre.
7.1 Contrôles des surfaces optiques
Dans l’interféromètre de Fizeau on peut comparer un calibre plan à un plan de référence que nous supposerons parfait. Pour une observation visuelle on formera des franges rectilignes et équidistantes du coin d’air que l’on photographie. On vérifie ensuite la rectitude des franges dont les écarts à une droite donnent le défaut de rectitude du plan le long d’un diamètre. En combinant des mesures sur plusieurs lignes, on peut en déduire des défauts de planéité.
Le schéma de l’interféromètre utilisé à l’Institut d’optique est donné par la figure 23. Des précautions sont prises pour que l’espace entre les lames soit inférieur au dixième de millimètre, assurant la stabilité du montage et la localisation des franges sur les lames. La source est une lampe à mercure à basse pression dont on isole la radiation verte par un filtre. La longueur d’onde est égale à 546 nm. Le pas des franges sur un agrandissement photographique au format 18 × 24 cm2 est égal à 10 mm et les défauts de rectitude des franges sont mesurés au dixième de millimètre près. La sensibilité est donc de 1/100 interfrange sur la différence de marche, donc de 1/200 longueur d’onde sur la rectitude du plan étudié. Le diaphragme placé devant l’objectif de l’appareil photographique limite la variation d’incidence des rayons sur les lames pour que les variations correspondantes de différence de marche n’excèdent pas le centième d’interfrange. La figure 24 présente un interférogramme obtenu sur des plans de bonne qualité et le profil que l’on...
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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).
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