Précision d'une onde

[EspritTordu]

Bonjour,


Pourquoi la longueur d'onde électromagnétique (et peut être mécanique aussi?) détermine la dimension la plus petite de l'objet observé au radar ou bien au microscope optique?

Merci d'avance.
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[inviteca4b3353]

parce qu'un objet de la taille de la longueur d'onde (et en dessous) va disperser la lumière, par diffraction. Ainsi tu ne pourras pas "résoudre" spacialement l'objet en question, car la lumière qu'il te renverra sera étaler.

[EspritTordu]

Je ne comprends pas très bien cette dispersion...

[mbochud]

Imaginons un poteau qui émerge de l’eau d’un diamètre de 1m . Des vagues dont la longueur d’onde est de 0,5m arrivent sur ce poteau. Il y aura formation de nouvelles vagues circulaires autour de ce poteau. (Diffraction).
Remplaçons ce poteau par un piquet de 1 cm de diamètre. Il n’y aura pratiquement aucune vague générée autour de ce piquet. (Diffraction négligeable).
Il est donc instructif de considérer la taille d’un objet par rapport au quart de longueur d’onde pour estimer la diffraction.
Cela est valable dans tout le domaine des ondes ( EM, acoustique, etc)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8c514936]

Salut,

Je ne suis pas sûr d'être d'accord avec vos explications. Avec le poteau de 1 cm, le problème n'est pas vraiment le fait que les vagues qu'il forme ont une grande ou une petite amplitude. Si on a un seul poteau, on pourra le détecter avec les vagues qu'il produit (cf l'ultramicroscope).

Pour aborder la question de la résolution, il faut à mon avis introduire 2 poteaux. Si la distance qui les sépare est bien inférieure à la longueur d'onde, alors les vagues émises sont presque identiques à celles émises par un seul poteau, si on les observe suffisamment loin des poteaux : on n'arrive pas à distinguer les 2 poteaux.

On peut remarquer que très près des poteaux en revanche, l'observation des vagues formées permet de déterminer qu'il y a 2 poteaux. La microscopie en champ proche est basée sur ce principe, et permet d'observer des détails plus petits que la longueur d'onde utilisée.

[mbochud]

Je ne parle pas de résolution , mais simplement (qualitativement) du fait que l’amplitude diffractée devient négligeable si l’objet est très petit par rapport au quart de longueur d’onde.

[invite8c514936]

Ah... Je ne comprends pas le rapport avec la question, du coup.

[mbochud]

Un radar (par exemple, = 10cm) émet une onde dans une grande zone. Une goutte de pluie diffuse ce rayonnement par diffusion Rayleigh (Qui décrit cette diffusion quand la longueur d'onde est très supérieure à la taille des particules diffusantes).
La goutte va bien rayonner et la résolution du radar ne dépend pas de la dimension de cette goutte mais plutôt du rapport diamètre de l’antenne divisée par la longueur d’onde du radar. Toutefois l’amplitude du rayonnement de la goutte est caractérisée par la diffusion Rayleigh qui nous dit que la proportion de l’énergie interceptée par la goutte est en 1/⁴.
Cela signifie que la résolution de la détection ne changera pas mais que l’amplitude diffractée devient très négligeable si l’objet est petit par rapport au quart de longueur d’onde.
En acoustique ,une sphère pulsante ne rayonne pratiquement pas si son diamètre est fable par raport à /4. On est alors obligé de compenser ce faible taux de rayonnement par de très grandes amplitudes (Woofers).

[invite3e2c689f]

Si je peux apporter mon grain de sel...

Si la longueur d'onde est petite devant l'objet, on est dans le domaine de l'optique géométrique, en effet on peut considérer que l'on a affaire à un faisceau que l'on assimile à une droite ( la longueur d'onde est négligeable devant les dimensions de l'objet). On a donc les propriétés bien connues de Descartes comme la réflexion et la réfraction trés utiles pour le radar par exemple.

Si maintenant la longueur d'onde n'est plus négligeable devant la taille de l'objet, il faut tenir compte de la nature ondulatoire de la lumière avec les lois de Huygens-Fresnel. On aura alors le phénomène d'interférence: dans le cas des trous de Young par exemple, les trous sont trés petits devant la la longueur d'onde, ce qui fait qu'ils deviennent eux-mêmes sources ponctuelles. Le signal est alors complètement déformé et non exploitable par un radar ou un microscope optique.
Le phénomène d'interférences n'est cependant pas un handicap et peut-être utilisé pour bien d'autres applications comme la microscopie à champ proche, les lasers, les études spectroscopique de molécules (spectre de raies applicable dans l'astrophysique par exemple pour déterminer la composition des étoiles), la détermination de la composition de réseaux cristallins etc...

[EspritTordu]

Ouais, ce n'est pas trop clair pour moi...
Qu'est-ce que la microscopie à champ proche?

[invite3e2c689f]

C'est une technique utilisée pour observer les atomes par exemple: la plus connue est l'effet tunnel (pas grand chose à voir avec les interférences). Pour être plus en rapport avec l'optique on considère la microscopie à champ proche optique PSTM. En bref on utilise le champ proche électromagnétique (onde évanescente) de l'objet qui décroît exponentiellement avec la distance. Dans cette technique, effet tunnel et propriétés optiques (comme les interférences) sont des propriétés importantes. J'espère ne pas dire trop de conneries, je ne suis pas expert dans le sujet...

Le plus important est que tu retiennes que si la nature ondulatoire de la lumière est prise en compte (longueur d'onde du même ordre de grandeur que l'objet observé), il y'a phénomène d'interférences modifiant le signal ce qui est bien embêtant pour un radar

[EspritTordu]

Ne peut-on pas les prévoir ces interférences?

[mbochud]

si la nature ondulatoire de la lumière est prise en compte (longueur d'onde du même ordre de grandeur que l'objet observé), il y'a phénomène d'interférences modifiant le signal ce qui est bien embêtant pour un radar

J’utiliserais plutôt le terme plus général de diffraction, (l’interférence n’étant qu’un cas particulier).


Ne peut-on pas les prévoir ces interférences? (EspritTordu)

Oui bien sur, mais cela ne nous permet pas pour autant de récupérer plus de résolution sur l’objet éclairé.

[EspritTordu]

Pourquoi? Parce qu'il faut connaître l'objet qui diffracte?