63 L’ optique
1. EN QUELQUES MOTS…
L’optique est le domaine de la physique décrivant les phénomènes de propagation d’ondes
lumineuses auxquelles est sensible l’œil.
2. CE QU’IL FAUT RETENIR…
La dualité onde-corpuscule de la lumière illustre sa double nature. L’aspect ondulatoire
décrit correctement les effets liés à la propagation de la lumière, tandis que l’aspect corpusculaire est adapté pour décrire les interactions lumière-matière.
a) Modèle ondulatoire
Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques qui vérifient les équations de
Maxwell. Les grandeurs se propageant sont le champ électrique
et le champ magnétique
(fiche 62).
c La lumière visible
Les longueurs d’onde dans le vide λ 0 de la lumière visible sont comprises entre 0,4 µm et 0,7 µm.
Les fréquences des ondes lumineuses sont comprises entre 4,3 10 14 Hz et 7,5 10 14 Hz.
En optique, l’onde lumineuse est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide λ 0 , ce qui
équivaut à connaître la fréquence de l’onde qui ne dépend pas du milieu.
c Ondes lumineuses planes monochromatiques dans un milieu diélectrique LHI
Æ Dans la suite, les seuls milieux considérés sont des milieux LHI qui sont :
–t ransparents : ils n’absorbent pas les ondes lumineuses ;
–l inéaires : les propriétés du milieu varient linéairement avec le champ électrique de l’onde ;
–h omogènes : les propriétés sont indépendantes du point considéré du matériau ;
–i sotropes : les propriétés sont indépendantes de la direction considérée dans le matériau.
Æ Vitesse de propagation et structure de l’onde dans un milieu LHI
Les ondes lumineuses vérifient les équations de Maxwell ; l’équation de propagation du
champ électrique est une équation de d’Alembert où intervient la vitesse de propagation v de
la lumière dans le milieu (fiche 62).
Cette vitesse v est une constante indépendante du point considéré (milieu homogène), de la
direction (milieu isotrope) et de l’énergie transportée par l’onde (milieu linéaire). La vitesse v
est toujours inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide c.
La vitesse de la lumière v décroît avec la fréquence f de l’onde, c’est le phénomène de dispersion.
La structure de l’onde dans un milieu LHI est la même que dans le vide (fiche 62). De même,
l’énergie de l’onde est transportée dans la direction de propagation et est proportionnelle au
carré du module du champ électrique.
Æ Indice optique du milieu
UV
violet
indigo
bleu
vert
jaune
orangé
rouge
IR
400
430
480
540
580
600
650
n : indice optique du milieu, sans dimension
v : vitesse de propagation de la lumière dans le milieu (m.s –1 )
c : vitesse de propagation de la lumière dans le vide (m.s –1 )
E
B
n v
=
c
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1. EN QUELQUES MOTS…
L’optique est le domaine de la physique décrivant les phénomènes de propagation d’ondes
lumineuses auxquelles est sensible l’œil.
2. CE QU’IL FAUT RETENIR…
La dualité onde-corpuscule de la lumière illustre sa double nature. L’aspect ondulatoire
décrit correctement les effets liés à la propagation de la lumière, tandis que l’aspect corpusculaire est adapté pour décrire les interactions lumière-matière.
a) Modèle ondulatoire
Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques qui vérifient les équations de
Maxwell. Les grandeurs se propageant sont le champ électrique
et le champ magnétique
(fiche 62).
c La lumière visible
Les longueurs d’onde dans le vide λ 0 de la lumière visible sont comprises entre 0,4 µm et 0,7 µm.
Les fréquences des ondes lumineuses sont comprises entre 4,3 10 14 Hz et 7,5 10 14 Hz.
En optique, l’onde lumineuse est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide λ 0 , ce qui
équivaut à connaître la fréquence de l’onde qui ne dépend pas du milieu.
c Ondes lumineuses planes monochromatiques dans un milieu diélectrique LHI
Æ Dans la suite, les seuls milieux considérés sont des milieux LHI qui sont :
–t ransparents : ils n’absorbent pas les ondes lumineuses ;
–l inéaires : les propriétés du milieu varient linéairement avec le champ électrique de l’onde ;
–h omogènes : les propriétés sont indépendantes du point considéré du matériau ;
–i sotropes : les propriétés sont indépendantes de la direction considérée dans le matériau.
Æ Vitesse de propagation et structure de l’onde dans un milieu LHI
Les ondes lumineuses vérifient les équations de Maxwell ; l’équation de propagation du
champ électrique est une équation de d’Alembert où intervient la vitesse de propagation v de
la lumière dans le milieu (fiche 62).
Cette vitesse v est une constante indépendante du point considéré (milieu homogène), de la
direction (milieu isotrope) et de l’énergie transportée par l’onde (milieu linéaire). La vitesse v
est toujours inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide c.
La vitesse de la lumière v décroît avec la fréquence f de l’onde, c’est le phénomène de dispersion.
La structure de l’onde dans un milieu LHI est la même que dans le vide (fiche 62). De même,
l’énergie de l’onde est transportée dans la direction de propagation et est proportionnelle au
carré du module du champ électrique.
Æ Indice optique du milieu
UV
violet
indigo
bleu
vert
jaune
orangé
rouge
IR
400
430
480
540
580
600
650
n : indice optique du milieu, sans dimension
v : vitesse de propagation de la lumière dans le milieu (m.s –1 )
c : vitesse de propagation de la lumière dans le vide (m.s –1 )
E
B
n v
=
c
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