Interféromètre de Michelson (40 000 €)

Interférence Mercure en coin d'air

Interférences: on dit qu'il y a interférence entre plusieurs ondes lumineuses si l'intensité risultante n'est pas égale à la somme des intensités. 

Les trois critères de cohérence: 

-Cohérence temporelle: source monochromatique. Autrement dit, les ondes qui vont interférer doivent avoir la même fréquence. Démo: on prend deux ondes de fréquence et de phase différentes sous forme de cosinus, et on calcule la moyenne de l'intensité sur un temps de référence. On obtient I(M)=I1+I2 -> pas d'interférences.

-Cohérence spatiale: Les ondes doivent provenir de la même source/ si elles proviennent de deux sources distinctes, les phases varient aléatoirement l'une par rapport à l'autre donc la moyenne sera nulle. Il faut que 2-1=0 t, même si on change de train d'onde.

-La différence de marche ou différence de chemin optique  doit être inférieure à la longueur de cohérence de la source sinon les deux trains d'ondes émis en même temps arrivent avec trop d'écart et il n'y a pas de superposition donc pas d'interférences.

Formules de base (interférences à deux ondes cohérentes):

I(M)=I1(M)+I2(M)+(I1.I2).cos(1-2)
Cas particulier: I1=I2=I0: I(M)=2Io(1+cos )

=2-1=2/

L'interféromètre:

 dépend des positions relatives des deux miroirs

La lame semi-réfléchissante permet de créer les deux sources virtuelles issues de la même source

La compensatrice permet de compenser la différence de chemin optique crée par la séparatrice, pour que la différence de marche ne soit crée que par les positions relatives des miroirs.

Avec le Michelson, les interférences sont localisées: les interférences en source étendue à l'infini se brouillent sauf à certains endroits où le contraste reste excellent. Elles sont localisées là où interferent les deux ondes provenant du même rayon incident. -> c'est un dispositif à division d'amplitude.

Michelson en lame d'air: les deux miroirs sont rigoureusement orthogonaux -> les miroirs équivalents sont rigoureusement parallèles. On note e l'épaisseur de la lame d'air -> ici, =2e.cos(i) (démo théorème de Malus + pricipe de retour inverse de la lumière) avec i angle d'incidence des rayons avec les miroirs. Les interférences sont localisées à l'infini

On observe une figure d'interférence sous forme de cerles concentriques car l'écran est orthogonal aux deux sources virtuelles. On parle de franges d'égale inclinaison car l'état est le même pour un angle i donné.

Conditions d'observation: écran à l'infini ou sur le plan focal image d'une lentille convergente.

Ordre d'interférence: p=/= 2e.cos(i)/ maximum au centre pour i=0

e=0 -> teinte plate: on est au contact optique: les deux miroirs sont à même distance de la séparatrice.

Michelson en coin d'air: les deux miroirs sont à la même distance de la séparatrice mais un est légèrement incliné d'iun angle  par rapport à l'autre ->  dépend de  et de la position sur le miroir.

On observe une figure d'interférence sous forme de franges parallèles: on parle de franges d'égale épaisseur.

Les interférences sont localisées près des miroirs. Pour les voir il faut les projeter grâce à une lentille.

=2.e(M)=2.e(x)=2..x avec x la coordonnée sur le miroir

interfrange: I=/2

Mon premier dessin de prépa...

La Physique est la plus belle des sciences: appliquée ou théorique, elle satisfait tous les appétits, elle intervient dans tout notre quotidien, du micro-ondes à l'éclair qui jaillit dans le ciel, c'est génial!