Thread by @ArnaudRaoux

#ImagesdePhysique 2⃣
Cette photo est de Robin Hénaff, ancien agrégatif de Montrouge , qu'est-ce qu'elle représente ?

C'est une image qui parlera à ceux qui connaissent les interférences, elle est produite avec un interféromètre de Fabry-Perot.
J'ai beau l'avoir vu un millier de fois, je ne m'en lasse pas...

Allons-y pour une explication de la physique de cette image !
#ImagesdePhysique

Tout d’abord, il faut que je vous parle des interférences. On en a déjà l’intuition en fait, souvent dans les films, on en entend parler : «  la police utilise un brouilleur et interfère avec notre signal, change de fréquence ! »

Si des fois on entend du charabia pour faire sérieux, là cette phrase a un vrai sens physique !
Prenons comme signal une onde à une fréquence donnée. La fréquence étant le nombre d’oscillations par seconde.

On parle aussi de la longueur d’onde, dans ce cas c’est la distance en mètres entre deux maxima du signal. C’est justement le paramètre qu’on utilise pour classifier les « couleurs » de l’arc-en-ciel. Fréquence et longueur d’onde sont reliées par la vitesse de l’onde.

Bref, si le brouilleur émet juste à côté une autre onde à la même fréquence que votre signal, les deux ondes vont se rencontrer, et interférer. Concrètement? Là où les signaux se superposent, ils s’additionnent. Et ça marche pour toutes les ondes ! Donc aussi la lumière visible…

Et le résultat ? Ça dépend : si les signaux sont « en phase », ils oscillent en même temps de la même façon, alors la somme des deux fait un signal double. On dit qu’ils interfèrent constructivement.
Si ils oscillent de façon opposée, la somme des deux fera...0.

Alors revenons à cet interféromètre (littéralement « un mesureur d’interférences ») : il s’agit tout simplement de deux miroirs l’un en face de l’autre, qui réfléchissent la lumière à 99 %. Un petit pourcentage peut donc sortir du système. (R. Henaff tjs pour la photo)

Suivons le trajet d’un rayon qui arrive de la gauche avec un angle: il traverse le 1er miroir, arrive sur le 2e, puis il est soit transmis, soit réfléchi. La partie réfléchie revient sur le 1er miroir, se réfléchit, revient sur le 2e miroir et est transmise. Et ainsi de suite…

On a deux rayons qui sortent à droite de l’interféromètre, donc ils vont interférer. Est-ce qu’ils sont en phase ? Un des rayons a parcouru un chemin plus grand, puisqu’il a fait un aller-retour de plus, donc il s’est décalé, mais de combien ?

Ça dépend de l’angle d’entrée. Plus l’angle est grand, plus la distance parcourue pendant l’AR sera grande, et plus l'onde prend du retard.

Pour un angle bien précis, le 2e rayon se sera décalé tel que son maximum N sera sur le maximum N-1 de l’autre, et donc interféreront constructivement ! Et pour un autre angle, ça sera N-2, N-3, etc.

Et si on n’est pas dans le cas de ces angles particuliers ? Toutes les ondes qui sortent de l’interféromètre (qui ont fait 0, 1, 2… aller-retours) vont se sommer en étant décalées d’une quantité aléatoire, et vont en moyenne s’annuler les unes les autres.

Finalement, on a une situation proche de l’arc-en-ciel: pour certains angles, on a une accumulation de lumière (avec 1 phénomène sous-jacent différent). Et comme pour l’arc-en-ciel, le résultat est un cercle, car la seule chose qui compte est l’angle de sortie.

Ainsi, l’image est une succession de cercles concentriques lumineux et de cercles noirs : les cercles lumineux correspondent aux angles spéciaux où les différents rayons ont interféré constructivement.
#Fin #ImagesdePhysique