Réseau de N fentes

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INTERACTIONS

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Construction de Fresnel - Jouez sur le déphasage et sur le rapport des amplitudes.

Le principe

La simulation interactive montre la construction de Fresnel dans le problème de l'interférence à \(N\) ondes que l'on rencontre dans l'étude du réseau de fentes de diffraction. Supposons un ensemble de \(N\) ondes lumineuses harmoniques de même fréquence issues des fentes du réseau. Chaque onde présente un déphasage \(\varphi\) par rapport à l'onde précédente. L'intensité \(\mathcal{I}\) résultant de l'interférence de ces ondes est donnée par

\[ \mathcal{I}=\overline{S^2(t)} \]

avec

\[ S(t)=\underbrace{A\cos(\omega t) + A\cos(\omega t+\varphi)+\ldots+A\cos(\omega t+N\varphi)}_{N \text{ termes}} \]

Ce calcul peut s'effectuer à l'aide d'une construction de Fresnel.

L'animation présente cette construction ainsi qu'un interférogramme donnant la répartition de l'intensité (le carré du vecteur de Fresnel) en fonction du déphasage.

Explications

Un phaseur - on dit aussi vecteur de Fresnel - est un vecteur que l'on associe à un signal harmonique de telle sorte que la somme de signaux harmoniques se ramène à une construction géométrique. Cette méthode est utilisée en électricité et en optique ondulatoire. Plus précisément, pour un signal

\[S(t)=A\cos(\omega t+\varphi)\]

on associe un vecteur \(\overrightarrow{S}\) faisant un angle \(\varphi\) avec l'axe des abscisses (origine des phases) et ayant pour longueur \(A\). L'intensité est alors proportionnel au carré de la longueur du vecteur de Fresnel.

Pour en savoir plus...

  1. J. Roussel Interférence à N ondes[en ligne], 2018. Disponible sur femto-physique.fr

Exercices d'explorations

  1. On considère tout d'abord le cas de \(N=3\) fentes. Que donne la construction de Fresnel lorsque l'intensité présente un maximum absolu ? un maximum secondaire ? un minimum ?
  2. Donner les valeurs de déphasages correspondant aux maxima principaux, maxima secondaires et minima. Généraliser au cas où \(N\) est quelconque.
  3. On fixe \(\phi=180°\). Que vaut l'intensité (par rapport au maximum principal) pour \(N=3,4,5,6\) ? Que prévoit-on théoriquement ?
  4. Quelle est l'influence de \(N\) sur l'interférogramme ? Justifiez le terme de « pic d'interférences » pour les réseaux de diffraction.