Définition

*    Optique: branche de la physique qui étudie les phénomènes lumineux.

Types

*    Trois types d'optiques:

*    Optique géométrique,

*    Optique ondulatoire, ou optique physique, et

*    Optique électromagnétique.

Voir ci-dessous

 

 

*    L'optique électronique s'applique aux faisceaux électroniques, comme ceux des tubes cathodiques de nos (anciens) postes de télévisons.

*    L'optique moderne ou optronique inclut les technologies mêlant optique et électronique, comme les lasers, les diodes électroluminescentes, les écrans plats, les capteurs méga-pixel des appareils photos(CCD), etc.

*    L'optique quantique traite des applications de la mécanique quantique à l'optique.

Optique géométrique

*    Étude des trajets de la lumière en admettant que la lumière se propage en ligne droite et que les rayons sont indépendants les uns des autres. Ils se croisent sans se perturber.

*    Domaine où l'on rencontre les miroirs, les lentilles, les prismes, les diaphragmes. En bref, les instruments classiques de l'optique.

*    Lois qui exprime les changements de trajectoire des rayons lumineux lorsqu'ils sont réfléchis (réflexion) ou qu'ils traversent des milieux de nature différente comme l'air, l'eau, le verre (réfraction).

Optique Ondulatoire

*    Étude de la propagation de la lumière en considérant ses propriétés ondulatoires. La lumière se propage sous la forme d'ondes. Le rayon lumineux est la trajectoire orthogonale aux surfaces d'ondes.

*    Domaine où l'on rencontre les interférences, la diffraction, la dispersion et la polarisation de la lumière.

 

Le point de vue de l'optique géométrique consiste à simplifier les choses par rapport à l'optique ondulatoire pour faire des calculs plus simples sans pour autant perdre en qualité du résultat tant que les limites ne sont pas atteintes (comme des ouvertures trop étroites qui engendrent de la diffraction). Plus précisément, tant que les dimensions des objets optiques sont plus grandes que les longueurs d'onde utilisées.

Optique électro-magnétique

*    Étude des ondes lumineuses en tant qu'ondes électromagnétiques comme les ondes qui servent à la radio, la télévision, les radars ou les rayons X.

*    Les ondes lumineuses sont simplement celles qui sont visibles à nos yeux parmi toutes les autres du spectre électromagnétique.

Réflexion

*    Effet miroir: le rayon lumineux rebondit sur le miroir.

 

Loi de Snell-Descartes pour la réflexion.
L'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence.
Les rayons incident et réfléchi forment un plan avec la normale au miroir au point d'incidence.

Réfraction

*      Effet bâton brisé dans l'eau: le rayon lumineux qui tente de traverser la surface de l'eau se voit rabattu vers le fond. D'où l'apparence du bâton brisé juste à la surface de l'eau. On dit d'un milieu qui réfracte la lumière qu'il est réfringent. La transition d'un milieu à un autre est un dioptre.

 

Loi de Snell-Descartes pour la réfraction.
L'angle de réfraction dépend des indices des deux milieux traversés:  
Les rayons incident et réfracté forment un plan avec la normale au miroir au point d'incidence.

 

Suite en Réfraction

Dispersion

*    Un effet particulier de la réfraction lié au fait que l'indice de réfraction dépend de la couleur de la lumière, ou plus précisément, de sa longueur d'onde. On dit que les différentes radiations de la lumière sont dispersées par le milieu. Un milieu est dispersif si son indice dépend de l'onde monochromatique qui s'y propage.
Le prisme disperse la lumière. L'arc-en-ciel est une jolie manifestation de ce phénomène de dispersion.
Certains appareils optiques peuvent souffrir de dispersion créant une irisation des images. Ce sont des aberrations chromatiques.

Valeur de l'angle de dispersion:  a =  / d

avec d dimension de l'ouverture et lambda la longueur d'onde.

Diffraction

*    Effet loupe à la piscine: aubaine pour un myope car regarder à travers un trou d'épingle améliore la netteté des images lointaines, comme la pendule accrochée sur le mur du fond. NB. le petit trou peut être formé simplement en repliant au maximum son index.

*    Un rayon lumineux passant dans un petit trou s'en sort en repartant en tromblon dans un cône de lumière. Le trou a l'effet d'un réémetteur de lumière.

Est-ce que le rayon repart en dix fractions ou mille fractions, je ne sais. En tout cas un bon moyen de retenir le mot et son effet. 

Polarisation

*    Effet Polaroid: avec deux verres Polaroid superposés, l'un tourné de 90° par rapport à l'autre, il est possible de bloquer complètement le passage de la lumière.

*    Polarisation circulaire: le mouvement de la vibration est circulaire, équivalent à la composition de deux vibrations orthogonales (déphasage de 90° soit ).

Comme exemple d'application: on a imaginé des capteurs de pression mesurant la variation de l'angle de polarisation en fonction de la pression exercée sur une fibre optique.

Interférences

*    Effet de franges se manifestant par des zones sombres et des zones brillantes.

On approche cette vision en regardant la rencontre des deux ondes engendrées par le lancer de deux cailloux dans l'eau.

*    Phénomène lié à la rencontre de deux ondes qui se combinent en créant des bosses et des creux, des renforcements ou des extinctions de leur amplitude.

Les phénomènes d'interférences expliquent la coloration des bulles de savon ou des taches d'huile sur l'eau.

Personnages

Snell ou Snellius: Snel van Royen (1580-1526)
Astronome et mathématicien hollandais (Leyde)
Découvre en 1620 la loi de la réfraction de la lumière que les anglo-saxons appellent la loi de Snell et que les français nomment la loi de Snell-Descartes

Descartes René: philosophe, mathématicien et physicien français (1596-1650). Né à La Haye, auj. Descartes, Indre-et-Loire; mort à Stockholm.

Anglais

Optics: the branch of physics which studies the behavior and properties of light.

Reflection: a mirror reflects light waves.
Notez le "ct" et non le "x" du français.

Refraction: the change in direction of a ray of light as it passes from one medium to another of a different density. The ray changes direction because its speed changes.

Normal: a line drawn perpendicular to the surface of a medium at a particular point, e.g. where a light ray strikes the surface.

Snell's law: it refers to the refraction of light rays; it states that for a ray of light refracted at the surface between two media, the ratio of the sine of the angle of incidence to the sine of the angle of refraction is a constant for those media (= n1 / n2).

Critical angle: for a ray of light travelling from a dense medium to a lesser density, the critical angle is the smallest angle of incidence for which no refraction occurs. The angle of refraction would be 90°, but instead the ray is reflected by the surface of the medium.

Polarization: a general property of waves that describes the orientation of their oscillations.

 

Other words

Geometric optics, physical optics (optique ondulatoire)

Interference, dispersion and scattering,

Law of refection, prism

OPTIQUE

Index

Arc-en-ciel

Célérité

Couleur

Descartes

Dioptres multiples

Horizon

Huygens

Lentille

Loi Snell-Descartes

Lumière

Œil

Réfraction

Snell

Son

Sonar