Interférences du coin d'air

Le principe

Une source de largeur spectrale \(\delta\lambda\) et de longueur d'onde moyenne \(\lambda\) est envoyée sur un interféromètre de Michelson configuré en coin d'air. La simulation montre l'interférogramme qui se forme au voisinage de l'un des miroirs de l'interféromètre. Au centre la différence de chemin optique est nulle.

Cette animation permet de visualiser l'influence de l'angle du coin d'air sur l'interfrange et celle de la largeur spectrale sur le contraste (notion d'incohérence temporelle)

Explications

Prenez deux lames de microscope et placez les l'une contre l'autre. Éclairez l'ensemble et vous verrez apparaître des franges peu contrastées localisées sur les lames. Ces franges sont dites franges d'égale épaisseur car elles renseignent de l'épaisseur de la lame d'air existante entre les deux lames de verre (il y a toujours des impuretés qui empêchent le contact parfait entre les lames).

Avec un interféromètre de Michelson, il est possible de produire des franges d'égale épaisseur en procédant comme suit :

1. Réglez l'interféromètre au contact optique. Les deux miroirs font alors un angle droit et sont à égale distance de la séparatrice.
2. Inclinez l'un des deux miroirs. On montre que le système optique est équivalent à un coin d'air d'angle \(\alpha\). Des franges d'interférences apparaissent au niveau des miroirs.

Cet animation interactive simule la figure d'interférence obtenue avec une source de longueur d'onde \(\lambda\) et de largeur spectrale \(\delta\lambda\) ; autrement dit, une source émettant avec une intensité spectrale constante dans l'intervalle \([\lambda-\delta\lambda/2,\lambda+\delta\lambda/2]\). On peut donc observer l'influence de la non monochromaticité de la source sur le contraste (notion d'incohérence temporelle).

Exercices d'explorations

• Que constatez vous quant à la répartition de l'éclairement ?
• Comment varie l'interfrange avec l'angle \(\alpha\) ?
• Comment varie l'interfrange avec la longueur d'onde ?
• Qu'observe-t-on lorsque la source n'est plus monochromatique ?
• L'étude théorique prévoit, avec une source monochromatique, un interfrange \[i=\frac{\lambda}{2\alpha}\] Sachant que l'écran fait 6 mm de largeur, mesurez l'interfrange et confrontez votre résultat avec la formule.