Diffraction et interfrences 1 Diffraction des ondes 1

Diffraction et interférences

1) Diffraction des ondes 1. 1. Observations expérimentales Doc. 1 : diffraction d’onde mécanique : la houle

Ecran Source lumineuse Fente Doc. 4: Figure de diffraction Doc. 2 : diffraction de la lumière par une fente

Doc. 3 : diffraction par un diaphragme Lorsqu’une onde rencontre un obstacle « de …

1. 2. Influence des différents paramètres Le phénomène de diffraction dépend …

1. 3. Ecart angulaire q L’écart angulaire vérifie la relation : …

Doc. 5 : Lecture d’un CD, DVD et Blu-ray (partie 1) : la diffraction …

Piste vue de dessous Plat Piste vue en coupe Creux Spot Laser Tension (V) t (s)

La capacité de stockage d’un disque est liée au nombre et donc à la largeur de ces alvéoles ( 0, 67 mm). On pourrait, pour augmenter la capacité de stockage d’un CD, réduire la largeur de ces alvéoles. Or, le phénomène de diffraction dû au système de focalisation (qui se comporte comme un diaphragme de diamètre a, voir doc. 3 ; on a q = 1, 22. l/a ) impose au faisceau laser de converger non pas en un point, mais comme un spot à cheval sur la piste ! Plus on réduit a, plus le spot s’élargit (et l’intensité lumineuse diminue) et le spot ne doit lire qu’un sillon à la fois. La largeur d’une alvéole est donc limitée par la diffraction ! Pour diminuer la largeur d’un alvéole, il faut donc diminuer également la taille du spot, en réduisant l’écart angulaire q dû au phénomène de diffraction. Il faut donc …

Coté étiquette CD DVD Blu-ray Coté réfléchissant 1, 2 mm Système de focalisation Laser de lecture l dans le vide 780 nm 650 nm 405 nm 700 Mo 4, 7 Go 25 Go Zone réfléchissante et spot Capacité de stockage

1. 4. diffraction de la lumière blanche Chaque radiation de longueur d’onde l donne …

2) Interférences 2. 1. Rencontre de deux ondes

Ecran Source lumineuse Fente de Young Doc. 7 : Fentes de Young

Lorsque deux ondes … Il est très difficile … On se sert donc d’une … On appelle interfrange i la …

2. 2. Interférences constructives et destructives 2. 2. 1. Différence de marche d P d 1 S 1 d 2 Faisceau Laser S 2 PS 1 Ecran d : différence de marche Doc 8 : différence de marche

2. 2. 2. Interférences constructives Doc. 9 : interférences constructives Il y a interférences constructives en un point M lorsque … On a alors …

2. 2. 3. Interférences destructives Doc. 10 : interférences destructives Il y a interférences destructives en un point N lorsque … On a alors …

Suite doc. 5 : Lecture d’un CD, DVD et Blu-ray (partie 2) : lumière, pas de lumière… Figure 5 Figure 6 : Photo de la surface d’un CD Figure 4

Suite doc. 5 : Lecture d’un CD, DVD et Blu-ray (partie 2) : lumière, pas de lumière… B A B Interférences A destructives Réflexion ( « Interférences constructives » ) Piste vue de dessous Piste vue en coupe Plat Creux Spot Laser Tension (V) t (s)

Faisceau laser à cheval sur un creux. Faisceau laser sur un plat.

Faisceau laser à cheval sur un creux. Doc. 9 : interférences destructives Faisceau laser sur un plat. Doc. 10 : interférences constructives

2. 3. Cas de la lumière blanche Animation GASTEBOIS avec liaison internet L’interfrange i dépend, entre autre, de la … En lumière blanche …

Applications : 1 2 bulle n N e e Doc. 11 : Réflexion de la lumière dans une bulle de savon verre Doc. 12 : Couche antireflet

2. 4. Interférence particule

2. 4. Interférence particule Ces phénomènes ne s’expliquent qu’en … L’énergie du photon …

On peut aussi obtenir une figure d’interférence en « envoyant » … En 1924, Louis De Broglie postule que les photons de la lumière ne sont pas les seules … La longueur d’onde l associée à une telle particule (objet quantique non relativiste …

Remarques : Pour un objet à notre échelle, … on peut donc remplacer les photons d’un microscope optique « visible » (limité par la …

Photo prise au microscope électronique

Très grossièrement, à cause de la diffraction, la distance séparant 2 points pouvant être distingués (pouvoir de résolution) est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde l du faisceau utilisé … Visible l ≈ 400 nm Rayon X l ≈ 100 nm Microscopie électronique SEM (non relativiste) l ≈ 20 nm Microscopie électronique TEM (relativiste) l ≈ 2 nm

Quelle est la longueur d’onde l associée à un électron d’un microscope électronique ayant une vitesse égale à 10% de celle de la lumière ? Données : m(e-) 9, 1. 10 -31 kg ; c 3, 00. 108 m. s– 1 ; h 6, 63. 10– 34 J. s.

FIN

Lien vers annales Asie 2013