La optique de vague, aussi appelé optique physique, étudie le comportement de la lumière dans sa manifestation sous forme d'onde. La lumière est une onde électromagnétique, et elle avait déjà été prédite par James Clerk Maxwell (1831-1879) dans ses équations.
Par conséquent, la lumière subit les mêmes phénomènes que tout autre type d'onde. Au niveau microscopique, la lumière est produite par des atomes et des molécules de la matière subissant une restructuration électronique interne. Et à travers ces processus, la lumière est émise, constituée d'un champ électrique et d'un champ magnétique, tous deux dépendant du temps, qui se génèrent l'un l'autre..
De tels champs, couplés perpendiculairement, se déplacent comme une onde capable de se propager transversalement dans le vide. Autrement dit, l'onde oscille perpendiculairement à la direction de propagation et la vitesse de l'onde est une constante et dans le vide, elle est de 300000 km / s.
Cependant, lorsque la lumière interagit avec la matière, elle se comporte comme une particule. Cette particule s'appelle photon et se manifeste par des phénomènes tels que le rayonnement du corps noir et l'effet photoélectrique, entre autres.
C'est pourquoi l'optique est divisée en trois domaines:
L'optique ondulatoire est le domaine de l'optique qui se concentre sur les phénomènes ondulatoires de la lumière:
Bien que la réflexion et la réfraction soient également des manifestations de la lumière, elles sont traitées par l'optique géométrique, comme expliqué ci-dessus. Pour cela, il utilise le modèle de rayon, dans lequel la lumière est décrite comme une ligne droite avançant perpendiculairement au front d'onde. Ces rayons sont indépendants les uns des autres et totalement réversibles..
Mais dans ce modèle, il n'est pas envisagé que la lumière subisse une diffraction, bien qu'il ait été prouvé que cela peut, par conséquent l'optique géométrique manque de portée suffisante pour expliquer de nombreux aspects du comportement de la lumière..
Puisque ces phénomènes ne se produisent que dans les ondes, cela signifie que la lumière a toutes les caractéristiques d'une onde, à la fois spatiales et temporelles. Le premier scientifique à suggérer cela fut Christiaan Huygens (1629-1695), et pour cette raison il eut une dispute amère avec Isaac Newton (1642-1727), qui défendit toujours la nature corpusculaire de la lumière..
Une onde est une perturbation répétitive qui, en principe, peut être modélisée comme une courbe sinusoïdale, soit une onde transversale soit une onde longitudinale. Ses caractéristiques spatiales, c'est-à-dire qu'elles se réfèrent à la forme de la vague, sont:
-Crêtes et vallées: sont respectivement les positions les plus élevées et les plus basses.
-Nœuds: sont les intersections de l'onde avec la ligne de référence correspondant à la position d'équilibre.
-Longueur d'onde: est presque toujours désigné par la lettre grecque λ (lambda), et se mesure comme la distance entre deux crêtes ou vallées successives. Ou aussi entre un point et le point suivant qui est à la même hauteur et appartient au cycle suivant ou précédent. Chaque couleur du spectre de la lumière visible a une longueur d'onde caractéristique qui lui est associée..
-Élongation: est la distance verticale mesurée entre un point appartenant à l'onde et la ligne de référence.
-Amplitude: correspond à l'allongement maximal.
En ce qui concerne les caractéristiques temporelles, comme cela a déjà été dit, la perturbation se déplace périodiquement dans le temps, par conséquent, une onde lumineuse a:
-Période, durée durée d'une phase.
-La fréquence: nombre d'ondes produites par unité de temps. La période et la fréquence sont inverses l'une de l'autre.
-Rapidité: est le quotient entre la longueur d'onde λ et la période T:
v = λ / T
Les champs électromagnétiques peuvent se combiner en un point, selon le principe de superposition. Cela signifie que si deux ondes lumineuses d'amplitude, de fréquence et de différence de phase φ égales se chevauchent en un point de l'espace, leurs champs électromagnétiques respectifs s'additionnent en vecteurs.
L'interférence se produit parce que l'onde qui résulte de la superposition peut avoir une amplitude plus grande que les ondes interférentes, ou au contraire, une beaucoup plus petite. Dans le premier cas, on dit qu'il se produit interférence constructive, et dans le second il s'agit de interférence destructive.
Le premier à démontrer l'interférence d'ondes lumineuses provenant de deux sources fut le scientifique et polyglotte anglais Thomas Young (1773-1829) en 1801 dans sa célèbre expérience à double fente..
La diffraction consiste en l'écart par rapport au comportement rectiligne qu'une onde subit lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture sur son trajet, à condition que les dimensions de ceux-ci soient similaires à la longueur d'onde.
La diffraction des ondes sonores est très facile à expérimenter, mais comme la longueur d'onde de la lumière visible est très petite, de l'ordre de quelques centaines de nanomètres, elle est un peu plus complexe à déterminer..
La lumière est constituée de deux champs perpendiculaires l'un à l'autre, l'un électrique et l'autre magnétique, tous deux perpendiculaires à la direction de propagation. La lumière non polarisée consiste en une superposition désordonnée d'ondes dont le champ électrique a des directions aléatoires, par contre, en lumière polarisée, le champ électrique a une direction préférentielle.
Les interféromètres optiques sont des appareils utilisés pour mesurer des distances avec une grande précision. De plus, ils peuvent également mesurer les longueurs d'onde, les indices de réfraction, le diamètre des étoiles proches et détecter la présence d'exoplanètes..
L'expérience de Michaelson-Morley a été réalisée avec un interféromètre. Dans cette expérience, il a été constaté que la vitesse de la lumière est constante dans le vide.
La polarimétrie est une technique utilisée dans l'analyse chimique des substances par la rotation d'un faisceau de lumière polarisée qui traverse une substance optiquement. Son utilisation est fréquente dans l'industrie alimentaire pour déterminer la concentration de sucre dans les boissons telles que les jus et les vins..
Dans les communications, la lumière est utilisée pour sa capacité à transporter des informations, par exemple à travers la fibre optique, les lasers et l'holographie, par exemple.
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