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Claude Meny 6 years ago
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  1. 28
      01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/04.Niv4/04.electromagnetism/interferences-diffraction/interference-diffraction-main/textbook.fr.md

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01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/04.Niv4/04.electromagnetism/interferences-diffraction/interference-diffraction-main/textbook.fr.md

@ -523,15 +523,15 @@ L'amplitude complexe totale et l'intensité de l'onde diffractée se déduisent
Un *cas particulièrement intéressant* est le calcul de la diffraction en champ lointain.
En pratique, cela correspond à calculer ou à observer la figure dans un **plan d'observation
placé suffisamment loin de l'ouverture ** $`\mathscr{P}`$ de façon à ce que les ondes
placé suffisamment loin de l'ouvertur** $`\mathscr{P}`$ de façon à ce que les ondes
sphériques secondaires puissent être approximées par des ondes planes au niveau du
plan d'observation. Il faut pour cela que les rayons de courbure des ondes sphériques
secondaires au niveau de l'écran d'observation soient très grands devant les dimensions
de l'écran. La distribution d'intensité à l'infini est aussi réalisée (à un facteur d'échelle
près) dans le **plan focal image d'une lentille convergente**.
La condition de validité est que distance $`d`$ entre la pupille et le plan d'observation
vérifie le **critère $`d\gg a^2/\lambda`$**, où a est la plus grande longueur de l'ouverture.
La condition de validité est que la distance $`d`$ entre l'ouverture et le plan d'observation
vérifie le **critère $`d\gg a^2/\lambda`$**, où a est la plus grande largeur de l'ouverture.
<!--
!!! Exemple :
@ -539,7 +539,8 @@ vérifie le **critère $`d\gg a^2/\lambda`$**, où a est la plus grande longueur
--------
J'étudie la diffraction en champ lointain dans une **direction données par le vecteur unitaire $`\overrightarrow{u}`$** :<br>
J'étudie la diffraction en champ lointain dans une **direction donnée par le vecteur
unitaire $`\overrightarrow{u}`$** :<br>
$`\overrightarrow{u}=u_x\cdot\overrightarrow{e_x}\;+\;
u_y\cdot\overrightarrow{e_y}\;+\;u_z\cdot\overrightarrow{e_z}`$<br>
<!--ANCIEN==================================
@ -552,12 +553,17 @@ $`\overrightarrow{u}=(cos \;\theta_x\cdot\overrightarrow{e_x}+
Les angles *$`\theta_x`$ et $`\theta_y`$ caractérisent la direction d'observation*.
===========================================-->
Pour une *source secondaire* située en un **point P de coordonnées $`(x_P, y_P, 0)`$** de la pupille, que le point M d'observation se situe à très grande distance ou dans le plan focal image d'une lentille convergente, la distance algébrique $`\overline{OH}=PM-OM`$ s'exprime très simplement comme le produit scalaire $`\overrightarrow{OP}\cdot\overrightarrow{u}`$ :
Pour une *source secondaire* située en un **point P de coordonnées $`(x_P, y_P, 0)`$**
de l'ouverture', que le point M d'observation se situe à très grande distance ou
dans le plan focal image d'une lentille convergente, la distance algébrique
$`\overline{OH}=PM-OM`$ s'exprime très simplement comme le produit scalaire
$`\overrightarrow{OP}\cdot\overrightarrow{u}`$ :
**$`\overline{OH}=PM-OM=\overrightarrow{OP} \cdot\overrightarrow{u}`$
$`=u_x\cdot x_P\;+\;u_y\cdot y_P`$**
Si la **lumière se propage dans l'air** d'indice de réfraction *$`n=1`$*, la différence de chemin optique $`\delta_P`$ et la différence de phase $`\phi_P`$ caractérisant cette source secondaire s'écrivent :
Si la **lumière se propage dans l'air** dont la valeur de l'indice de réfraction est *$`n=1`$*,
la différence de chemin optique $`\delta_P`$ et la différence de phase $`\phi_P`$ caractérisant cette source secondaire s'écrivent :
**$`\delta=n\cdot(u_x\cdot x_P\,+\,u_y\cdot y_P)`$**
@ -569,7 +575,7 @@ L'amplitude complexe totale en M (à un facteur multiplicatif près) s'exprime a
!! *POUR ALLER PLUS LOIN :*
!!
!! Ce résultat se généralise au cas où la *pupille* introduit en chacun de ses points une différence de phase et une absoprtion variables, caractérisées par une fonction de *transmittance complexe $`t(x,y)`$ appelée fonction pupillaire*.
!! Ce résultat se généralise au cas où l'ouverture, appelée aussi *pupille*, introduit en chacun de ses points une différence de phase et une absoprtion variables, caractérisées par une fonction de *transmittance complexe $`t(x,y)`$ appelée fonction pupillaire*.
!!
!! L'*amplitude complexe diffractée* s'écrit alors :<br>
!! *$`\displaystyle\underline{A}=\iint_{\mathscr{P}} t(x,y)\;e^{\dfrac{i\,2\,\pi\,n\,(u_x\,x_P\,+\,u_y\,y_P)}{\lambda}}\;dx\,dy`$*<br>
@ -582,13 +588,15 @@ L'amplitude complexe totale en M (à un facteur multiplicatif près) s'exprime a
##### Calcul 2D de l'intensité diffractée et de la figure de diffraction
Je calcule d'abord l'intensité diffracté dans le cas 2D, où l'onde incidente se propage en direction et sens du vecteur $`\overrightarrow{e_z}`$ et où la pupille centrée en $`O`$ et de dimension $`x_0`$ est parallèle au vecteur $`\overrightarrow{e_x}`$
Je calcule d'abord l'intensité diffracté dans le cas 2D, où l'onde incidente se propage
en direction et sens du vecteur $`\overrightarrow{e_z}`$ et où la pupille centrée en $`O`$ et de dimension $`x_0`$ est parallèle au vecteur $`\overrightarrow{e_x}`$
![](diffraction-aperture-1D-Fraunhofer-infinity-with-waves.jpg)
![Figure](diffraction-aperture-1D-Fraunhofer-infinity-with-waves.jpg)
L'amplitude complexe totale en M (à un facteur multiplicatif près) se limite alors à
**$`\displaystyle\underline{A}=\int_{\mathscr{P}} e^{\dfrac{i\,2\,\pi\,u_x\,x}{\lambda}}\;dx`$$\displaystyle=\int_{-x_0/2}^{+x_0/2} e^{\dfrac{i\,2\,\pi\,u_x\,x}{\lambda}}\;dx`$**
**$`\displaystyle\underline{A}=\int_{\mathscr{P}} e^{\dfrac{i\,2\,\pi\,u_x\,x}{\lambda}}\;dx`$
$`\displaystyle=\int_{-x_0/2}^{+x_0/2} e^{\dfrac{i\,2\,\pi\,u_x\,x}{\lambda}}\;dx`$**
$`\displaystyle \underline{A}=\dfrac{\lambda}{i\,2\,\pi\,u_x}\left(e^{\dfrac{i\,\pi\,u_x\,x_0}{\lambda}}-\;e^{\dfrac{-i\,\pi\,u_x\,x_0}{\lambda}}\right)`$

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