Interférences par division d’amplitude: Trois siècles d’expérience

1. Interférences par division d’amplitude: Trois siècles d’expérience

2. Rappel: Deux familles d’interféromètres Division du front d’onde primaire Division de l’amplitude de d’onde primaire S1 S S2 M • Exemples: • trous d’Young • bi-prisme de Fresnel • miroirs de Lloyd • Exemples: • dispositif des anneaux de Newton • interféromètre de Michelson • interféromètre de Mach-Zehnder S1 S S2 M

3. Interférences par division d’amplitude • Expérience de Michelson et Morlay • Les franges de Fizeau • Les anneaux d’ Haidinger • Exemples d’applications

4. Expérience de Michelson & Morlay 1887: Michelson & Morlay (Cleveland, Ohio) Objectif: Mettre en évidence le mouvement de la terre dans le repère de l’Ether Albert Abraham Michelson (1852-1931 ) Interféromètre par division d’amplitude Edward Morlay (1838-1923 ) Photo d’après : Wikipedia

5. L’Interféromètre de Michelson trajet 1 (aller) trajet 1 (retour) Photo d’après :J. Charrier, Préparation CAPES Physique Chimie , Université de Nantes

6. Temps mis par la lumière pour effectuer un AR sur chaque bras de l’interféromètre v D c c D Loi de composition: Temps retour Temps aller Bras parallèle Bras orthogonal

7. Temps mis par la lumière pour effectuer un AR sur chaque bras de l’interféromètre • Bras parallèle au mouvement terrestre: • Bras orthogonal au mouvement terrestre: Décalage temporel entre les 2 ondes :

8. En terme de déphasage: • paramètres de l’expérience: • Protocole expérimental: Expérience 1 Expérience 2 Vitesse orbitale Terre-Soleil: v Variation de l’ordre d’interférence estimé à 0,4

9. Interférences par division d’amplitude • Expérience de Michelson et Morlay • Les franges de Fizeau • Les anneaux d’ Haidinger • Exemples d’applications

10. Rappel sur la construction de l’image d’une source ponctuelle à travers un dioptre plan S’ dioptre plan S

11. M2 Plan de la séparatrice M’1 Zone du coin d’air S M1 Configuration : coin d’air

12. M2 M’1 schéma équivalent = coin d’air Point d’observation Source ponctuelle à distance finie P S’

13. i  Domaine d’interférences 2  1 Éclairage en ondes planes

14.  Éclairage en source large Localisation des interférences au voisinage du coin d’air x Plan médian • Différence de marche Franges d’égale épaisseur

15. Franges d’égale épaisseur ≠ 0 = 0

16. Interférences par division d’amplitude • Expérience de Michelson et Morlay • Les franges de Fizeau • Les anneaux d’ Haidinger • Exemples d’applications

17. M2 Plan de la séparatrice M’1 Lame d’air à face parallèles M1

18. Plan de la séparatrice S interférences à l’infini Lame d’air à faces parallèles

19. Éclairage en ondes planes ’ Pas de contraste i très grand 1 2 i

20. Lame semi-réfléchissante Lentille convergente P(i) Éclairage en source large ’ Source large « incohérence spatiale » même incidence i

21. Calcul de la différence de marche introduite à l’infini par la lame d’air à faces parallèles

22. Lame de verre à faces parallèles Vers l’infini Source • = no[(AB+BC)-AH] AB = BC = AH = AC sin i AC = 2 e tan i H i air A C i air e B air (i)= 2 noe cos i

23. Anneaux d’Haidinger ou anneaux « d’égale inclinaison » Les anneaux sont des lignes iso-angle d’incidence i Les anneaux sont des lignes iso-d Les anneaux sont des lignes iso-intensité lumineuse

24. Interférences par division d’amplitude • Expérience de Michelson et Morlay • Les franges de Fizeau • Les anneaux d’ Haidinger • Exemples d’applications • spectrométrie

25. Spectrométrie à transformée de Fourier Principe: le contraste des franges d’interférences est lié au spectre d’émission de la source

26. Profil d’un interférogramme 8 7 6 5 4 3 2 1 Variation de d Cas d’une source bi-chromatique

27. Calcul de l’intensité transmise par l’interféromètre pour le cas d’une source possédant une distribution spectrale uniforme sur un faible intervalle de longueurs d’ondes

28. Calcul de l’intensité observée dans le champ interférentiel Produit par une source possédant distribution spectrale uniforme 0 

30. Fonction de visibilité des franges ( fonction de contraste):

31. Profil d’un interférogramme Cas d’une source à spectre large

32. Exemple d’interférogramme

33. Spectre obtenu par Transformée de Fourier ( cas d’un corps noir)

34. Interférences par division d’amplitude • Expérience de Michelson et Morlay • Les franges de Fizeau • Les anneaux d’ Haidinger • Exemples d’applications • interférométrie à 2 ondes

35. l M1 LS2 Objet de phase L/2 L/2 LS1 M2 Interférométrie Mach-Zehnder Isothermes (Korean Advanced Institute of Science and Technology KAIST) Onde de choc ( Onera Lille)

36. Interférométrie Holographique en Temps Réel Enregistrement de l’hologramme restitution de l’interférogramme Isothermes dans un écoulement de jet d’air ( IMFT-CETHIL 2000)

37. Visualisation interférentielle d’une flamme de diffusion en configuration en franges d’égale épaisseur Frange d’ordre k Frange d’ordre k+10 n=10e

38. Interférences par division d’amplitude • Expérience de Michelson et Morlay • Les franges de Fizeau • Les anneaux d’ Haidinger • Exemples d’applications • Tomographie optique

39. Tomographie en lumière faiblement cohérente (OCT) ophtalmologie

40. Tomographie en Cohérence Optique (OCT) • Démontrée en 1991 ( z = 30m) • En 2001 z et x < 10m • Étendue du champ axial 2 à 3 mm • Domaines: ophtalmologie et applications biomédicales Visualisation des couches rétiniennes (trou maculaire) Photo Carl Zeiss Meditec (2009)