Optique

Diffraction de la lumière

Observez la diffraction de Fraunhofer par une fente unique construite à partir de sources de Huygens, et vérifiez la condition des minima $a\sin\theta=m\lambda$ ainsi que la largeur du maximum central $\Delta y\approx2\lambda L/a$ .

Licence

⚠ Si vous reproduisez ceci avec un pointeur laser, ne dirigez jamais le faisceau vers des yeux ou des surfaces réfléchissantes ; projetez la figure sur un écran diffusant.

Matériel

Plan de la fente avec sources secondaires de Huygens ; écran d'intensité
Curseurs « longueur d'onde λ », « largeur de fente a », « distance écran L »
Bouton « réinitialiser les paramètres »

Protocole

Observer la formation de la figure
Gardez les réglages par défaut et regardez les ondelettes de Huygens issues de la fente interférer sur l'écran : un maximum central lumineux encadré de minima symétriques et de lobes secondaires plus faibles. Lisez le profil d'intensité et repérez le premier minimum.
Rétrécir la fente
Réduisez le curseur de largeur de fente a et regardez la figure s'élargir — contre l'intuition, une fente plus étroite diffracte davantage. Lisez la position angulaire du premier minimum et comparez-la à $\sin\theta=\lambda/a$ ; diviser a par deux doit doubler $\Delta y\approx2\lambda L/a$ .
Changer λ et L
Balayez le curseur de longueur d'onde puis la distance écran L : toute la figure varie linéairement avec les deux, $\Delta y\propto\lambda L$ . Choisissez un réglage, déduisez la largeur de fente de la largeur centrale mesurée par $a=2\lambda L/\Delta y$ , et confrontez-la à la valeur du curseur.

Simulation

Histoire de l’expérience

Francesco Maria Grimaldi forgea le mot « diffraction » après avoir vu la lumière contourner les obstacles, dans un ouvrage posthume de 1665 ; il décrivit même les franges que la théorie ondulatoire expliquerait plus tard. Newton examina le phénomène mais l'interpréta par sa vision corpusculaire, retardant l'acceptation de l'optique ondulatoire. Le mémoire couronné d'Augustin Fresnel en 1818 unifia le principe de Huygens et l'interférence, calculant quantitativement les figures de diffraction — la célèbre tache de Poisson la confirma expérimentalement. Les travaux de Fraunhofer sur les réseaux dans les années 1820 firent ensuite de la diffraction un instrument de précision pour mesurer les longueurs d'onde, ancêtre de la spectroscopie moderne.

Physiciens associés

James Clerk Maxwell Richard Feynman Augustin-Jean Fresnel

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