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Question sur les interférences lumineuses



  1. #1
    James de Paris

    Question sur les interférences lumineuses


    ------

    Quelqu'un peut il m'aider , SVP ?
    J'ai un petit problème sur cette question (a) sur la cohérence des 2 étoiles :
    http://astro.ensc-rennes.fr/examens/ct_optond1.pdf

    -----

  2. #2
    LPFR

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Bonjour.
    Les deux étoiles ne sont évidement pas cohérentes puisqu'il ne s'agit pas de la même source et de plus elles ne sont pas monochromatiques. Elles sont "rendues monochromatiques" à l'aide d'un filtre.
    Par contre, la somme de la lumière de deux étoiles est cohérente avec elle même. La longueur de cohérence dépend de la "monochromaticité".
    Au revoir.

  3. #3
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Je te remercie pour ta réponse , c'est bien ce que je pensais ( Ca me fait tout drôle de commencer un examen en répondant : NON , C'EST FAUX ! ).
    Par contre je n'ai pas compris :
    "la somme de la lumière de 2 étoiles est cohérente avec elle même."
    Tu veux dire :
    "la somme de la lumière d'1 étoile est cohérente avec elle même." C'est cela ?

  4. #4
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    P.S. J'ai oublié quelque chose : comment , alors ( puisqu'elles ne sont pas cohérentes ) , arrivent ils à faire interférer les 2 sources dans la suite du problème : question ( d ).

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    "la somme de la lumière de 2 étoiles est cohérente avec elle même."
    Tu veux dire :
    "la somme de la lumière d'1 étoile est cohérente avec elle même." C'est cela ?
    Dans ton cas, la sourr priamire de lumière utilisée est je crois "la somme des deux lumières des étoiles".
    Les sources secondaires qui vont intérférer doivent être cohérente :
    1) la cohérence temporelle est obtenue car la source primaire est rendue monochromatique ;
    2) la cohérence spatiale est obtenue par focalisation des sources secondaires (il faut toujours des sources quasi-ponctuelles pour qu'il y ait diffraction).

    L'étape suivante consiste à faire intérférer deux sources secondaires de cette somme de deux lumières...
    Dernière modification par Sigmar ; 31/07/2008 à 14h43.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  7. #6
    LPFR

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Re.
    Tout signal est cohérent avec lui même. Que ce signal provienne d'une seule source ou qu'il soit la somme des plusieurs. Mais la longueur de cohérence (ici c'est plutôt le temps de cohérence) dépend de la monochromaticité.
    Au lieu de penser cohérence vous pouvez penser "autocorrelation", ce que revient, dans ce cas au même.
    A+

  8. #7
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par Sigmar Voir le message
    Dans ton cas, la sourr priamire de lumière utilisée est je crois "la somme des deux lumières des étoiles".
    Les sources secondaires qui vont intérférer doivent être cohérente :
    1) la cohérence temporelle est obtenue car la source primaire est rendue monochromatique ;
    2) la cohérence spatiale est obtenue par focalisation des sources secondaires (il faut toujours des sources quasi-ponctuelles pour qu'il y ait diffraction).

    L'étape suivante consiste à faire intérférer deux sources secondaires de cette somme de deux lumières...

    Donc , si j'ai bien compris , pour la réponse ( a ) :
    les 2 sources sont ( en fait ) cohérentes :
    Ils ont une cohérence temporelle car ils ont la même longueur d'onde .
    Et une cohérence spatiale car elles sont ponctuelles , c'est cela ?

  9. #8
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Re.
    Tout signal est cohérent avec lui même. Que ce signal provienne d'une seule source ou qu'il soit la somme des plusieurs.
    C'est exact. Mais je me rappelle plus quelle est la démonstration physique du fait qu'il faille au moins 2 sources pour obtenir des interférences (= pourquoi une onde seule n'intérfère pas avec elle-même). Peux-être t'en rappelles-tu ?
    Merci !
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  10. #9
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    Donc , si j'ai bien compris , pour la réponse ( a ) :
    les 2 sources sont ( en fait ) cohérentes :
    Ils ont une cohérence temporelle car ils ont la même longueur d'onde .
    Et une cohérence spatiale car elles sont ponctuelles , c'est cela ?
    Non non.
    Tu confonds, mais c'est ma faute.
    Les deux sources (les deux étoiles) ne sont pas cohérentes (elles sont constituées de plusieurs longueurs d'ondes chacunes ET elles ne partagent pas une unique longueur d'onde).

    Par contre, la somme des deux est cohérente (une onde est forcément cohérente avec elle-même). Cette somme devient la source primaire et est rendue monochromatique. Ensuite veut des intérférences (je pense), à l'aide de deux sources secondaires issues de la source primaire (somme des deux lumière des deux étoiles).
    Ces deux sources secondaires sont cohérentes temporellement car elles proviennent de la même source primaire, monochromatique.
    Mais elles doivent aussi être en cohérence spatiale. Ceci est fait en rendant ces sources quasi-ponctuelles = étendue angulaire de la source faible (je crois).

    A+
    Dernière modification par Sigmar ; 31/07/2008 à 14h58.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  11. #10
    LPFR

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par Sigmar Voir le message
    C'est exact. Mais je me rappelle plus quelle est la démonstration physique du fait qu'il faille au moins 2 sources pour obtenir des interférences (= pourquoi une onde seule n'intérfère pas avec elle-même). Peux-être t'en rappelles-tu ?
    Merci !
    Re.
    La plupart des manips d'interférence sont faites avec deux images de la même source. Michelson, par exemple, Young, Fresnel, etc.
    C'est cela que je veux dire avec "un signal est cohérent avec lui même". Peut-être aurais-je du ajouter, une fois passé par un miroir semi-réfléchissant, un biprisme, etc.
    Désolé, je n'ai pas été assez précis.
    A+

  12. #11
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Re.
    La plupart des manips d'interférence sont faites avec deux images de la même source. Michelson, par exemple, Young, Fresnel, etc.
    C'est cela que je veux dire avec "un signal est cohérent avec lui même". Peut-être aurais-je du ajouter, une fois passé par un miroir semi-réfléchissant, un biprisme, etc.
    Désolé, je n'ai pas été assez précis.
    A+
    Oué mais là tu oublies qu'il y a deux formes de cohérence : spatiale et temporelle.
    Deux images de la même source monochromatique sont forcément en cohérence temporelle, mais pas forcément en cohérence spatiale, car cela dépend en gros de l'étendue de ces sources secondaires...
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  13. #12
    LPFR

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par Sigmar Voir le message
    Oué mais là tu oublies qu'il y a deux formes de cohérence : spatiale et temporelle.
    Non. Je ne l'oublie pas.

  14. #13
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Non. Je ne l'oublie pas.
    Hahaha
    Bah écoute, ben alors il y a un truc que je ne pige pas...
    Peut-tu m'expliquer stp ?
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  15. #14
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Je crois que ce fil est par ma faute un beau bazar. Je vous prie de m'excuser d'être aussi imprécis sur mes réponses, et je devrais prendre du temps avant de poster...

    Je vais essayer de faire un post clair si j'ai le temps.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  16. #15
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par Sigmar Voir le message
    Non non.
    Tu confonds, mais c'est ma faute.
    Les deux sources (les deux étoiles) ne sont pas cohérentes (elles sont constituées de plusieurs longueurs d'ondes chacunes ET elles ne partagent pas une unique longueur d'onde).

    Par contre, la somme des deux est cohérente (une onde est forcément cohérente avec elle-même). Cette somme devient la source primaire et est rendue monochromatique. Ensuite veut des intérférences (je pense), à l'aide de deux sources secondaires issues de la source primaire (somme des deux lumière des deux étoiles).
    Ces deux sources secondaires sont cohérentes temporellement car elles proviennent de la même source primaire, monochromatique.
    Mais elles doivent aussi être en cohérence spatiale. Ceci est fait en rendant ces sources quasi-ponctuelles = étendue angulaire de la source faible (je crois).

    Sigmar , tu dis "Les deux sources (les deux étoiles) ne sont pas cohérentes (elles sont constituées de plusieurs longueurs d'ondes chacunes ) "
    C'est faux , lis l'énoncé : " le rayonnement des étoiles est quasi monochromatique , elles emettent chacune une longueur d'onde Lambda = 635nm "
    ( On a voulu simplifié le problème.)



    A+
    Sigmar , tu dis "Les deux sources (les deux étoiles) ne sont pas cohérentes (elles sont constituées de plusieurs longueurs d'ondes chacunes ) "
    C'est faux , lis l'énoncé : " le rayonnement des étoiles est quasi monochromatique , elles emettent chacune une longueur d'onde Lambda = 635nm "
    ( Ils ont voulu simplifié le problème.)

  17. #16
    Sigmar

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    Sigmar , tu dis "Les deux sources (les deux étoiles) ne sont pas cohérentes (elles sont constituées de plusieurs longueurs d'ondes chacunes ) "
    C'est faux , lis l'énoncé : " le rayonnement des étoiles est quasi monochromatique , elles emettent chacune une longueur d'onde Lambda = 635nm "
    ( Ils ont voulu simplifié le problème.)
    Ca n'en fait pas pour autant des ondes cohérentes : 2 trains d'ondes venant des deux étoiles ne sont jamais en phases, ni en opposition de phase, ils sont dans des états de phase complètement aléatoires ce qui en pratique donne des interférences nulles (ni constructive ni destructive).
    En gros c'est comme si t'envoyais deux rayons bruts du soleil l'un sur l'autre... aucune chance que ça fasse des interférences...
    Il faut voir que l'émission de trains d'ondes dans une étoile est un processus aléatoire.
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

  18. #17
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par Sigmar Voir le message
    Ca n'en fait pas pour autant des ondes cohérentes : 2 trains d'ondes venant des deux étoiles ne sont jamais en phases, ni en opposition de phase, ils sont dans des états de phase complètement aléatoires ce qui en pratique donne des interférences nulles (ni constructive ni destructive).
    En gros c'est comme si t'envoyais deux rayons bruts du soleil l'un sur l'autre... aucune chance que ça fasse des interférences...
    Il faut voir que l'émission de trains d'ondes dans une étoile est un processus aléatoire.
    Oui , je suis d'accord avec toi , mais il est dit dans la suite de l'exercice qu'on s'arrange pour faire interférer ces deux sources ( question ( d ) ).
    Je suis un peu déçu car le but de ma question était qu'on réponde clairement à la question ( a ) de cet examen , j'ai eu des réponses en vrac et je dois recoller les morceaux.

  19. #18
    predigny

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Je ne suis pas sûr que ce soit bien clair pour James de Paris. Cet article pourra peut-être l'aider. L'article est surtout basé sur la mesure du diamètre des étoiles, mais le phénomène est le même dans le cas de binaires très proches, seule la courbe de visibilité est un peu différente. En gros chaque étoile interfère indépendamment de l'autres mais les figures d'interférences se superposent d'où la variation du contraste en fonction de l'écartement des télescopes ou des étoiles.
    http://www.oca.eu/gemini/pagesperso/...plication4.htm

  20. #19
    LPFR

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Bonjour.
    Citation Envoyé par predigny Voir le message
    ... En gros chaque étoile interfère indépendamment de l'autres mais les figures d'interférences se superposent d'où la variation du contraste en fonction de l'écartement des télescopes ou des étoiles.
    http://www.oca.eu/gemini/pagesperso/...plication4.htm
    Bonjour.
    Je pense aussi que c'est la meilleure façon de voir le problème.
    Malheureusement, dans le site donné, il n'y a pas l'explication du pourquoi. Je vais donc tenter la mienne.
    Chacune des deux étoiles donne une image de diffraction comme celles dessinés dans le lien. La largeur de la zone de diffraction est donnée pas le temps de cohérence du signal, lequel dépend de la "monochromaticité".
    Si l'étoile se situe dans la médiatrice de la ligne de base, le centre des franges se situera au milieu de la ligne de base. Elle sera décalée si l'étoile se décale.
    Chacune des étoiles donnera une image de diffraction similaire, mais légèrement décalé, du fait de la différence de position des étoiles.
    Comme les signaux des deux étoiles ne sont pas cohérents, les images s'ajoutent en intensité et non en amplitude. Si les deux étoiles sont "au même endroit", les deux images seront positionnées en un même endroit et on aura une visibilité maximum de franges. Par contre, quand une étoile se décale, son image de diffraction aussi, et les maximums d'intensité ne tombent pas au même endroit et le contraste diminue. Si le décalage est tel que les maximums d'une correspondent aux minima de l'autre, le contraste est bas ou nul.

    Donc, en mesurant le contraste des franges on peut déduire l'aperture angulaire des deux sources.

    Ce qui me chiffonne dans mon explication est que si on continue à augmenter le décalage, on peut faire retomber à nouveau un maximum avec le suivant.
    Je ne connais pas la méthode opératoire, mais peut-être que la possibilité de changer la longueur de la ligne de base sert à résoudre l'ambiguïté.

    Au revoir.

  21. #20
    predigny

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Oui, c'est bien ce que je voyais aussi. Pour le détail du calcul, je n'est pas trop cherché. En fait le principe est proche de ce que l'on obtient dans un télescope "normal". L'image de chaque étoile est en fait aussi une figure d'interférence un peu particulière avec un maximum très prononcé dans les franges (des anneaux en fait) ; Pour deux étoiles proches ces figures se superposent mais si le diamètre du télescope est assez grand, cette superposition a un contraste particulier : les deux maximum sont séparés. Avec l'interféromètre de notre problème il en est de même mais le traitement est plus compliqué et ne donne pas autant d'informations mais si on augmente le nombre des petits télescopes qui constituent l'interféromètre, on doit retrouver les mêmes interférences que pour un télescope "normal". C'est ce qui est fait dans l'astronomie moderne où l'on associe plusieurs télescope pour faire de la "synthèse d'ouverture". Il y a longtemps que c'est fait en radioastronomie. En optique c'est beaucoup plus difficile mais depuis peu on y arrive.

  22. #21
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Je vous remercie pour toutes ces réponses ( qui me seront utiles pour la suite de l'examen , je vois que je n'avais pas appris suffisament de choses pour pouvoir traiter l'examen ).

    mais revenons à la question ( a ) :

    "Les deux étoiles E1 et E2 seront considérées comme deux sources ponctuelles. Ces deux sources sont-elles cohérentes ? justifier."

    Si j'ai bien compris , elles sont incohérentes : ni cohérentes spatialement , ni cohérentes temporellement , mais alors comment peuvent elles interférer ?
    Et , à ce moment là , à quoi servent ces 2 critères : cohérences spatiales et cohérences temporelles ?

  23. #22
    LPFR

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Re.
    Comme l'a dit Predigny, et comme j'ai essayé de l'expliquer, la lumière de chaque étoile interfère avec elle même et non avec celle l'autre. Ce que l'on voit est la superposition de ces deux interférences. Je crois que vous n'avez pas bien lu les posts #18 et #19.
    Ici, la cohérence spatiale qui compte est la cohérence entre les signaux qui passent par chacun des télescopes. Il faut que la distance de cohérence de la lumière de chaque étoile fasse plus que la ligne de base. La cohérence temporelle donnera la largeur de la zone avec des franges d'interférence. Si ce temps est faible on aura peu de franges.
    A+
    Dernière modification par LPFR ; 01/08/2008 à 16h48.

  24. #23
    predigny

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    ...Si j'ai bien compris , elles sont incohérentes : ni cohérentes spatialement , ni cohérentes temporellement , mais alors comment peuvent elles interférer ?
    Et , à ce moment là , à quoi servent ces 2 critères : cohérences spatiales et cohérences temporelles ?
    Elles n'interfèrent pas ! Prend une seule étoile ; sa lumière n'est pas comme celle d'un laser constituée d'une onde continue, monochromatique et venant d'une seule direction. Elle est faite de petits trains d'ondes, venant de directions différentes à cause de la turbulence atmosphérique, et constituée de nombreuses couleurs (longueur d'onde). Tout ce qu'il faut pour ne pas pouvoir faite d'interférence avec une telle source. Cependant si l'on considère une très courte durée de temps, et si les deux télescopes qui capturent cette lumière ne sont pas trop distants, elle peut être considérée comme cohérente spacialement et temporellement. La lumière de cette étoile recueillie par les deux télescope pourra donc interférer (les deux télescope agissent comme deux fentes d'Young). Les franges seront d'autant plus serrées que les deux télescopes sont distants.
    Imagine maintenant notre deuxième étoile, très proche de la première, elle peut comme la première, créer ses propres franges d'interférences. mais comme il y a un léger décalage angulaire entre les deux étoiles, ce deuxième systeme de frange va être décalé par rapport à celui créé par la première étoile. Pour un certain écartement entre les télescopes, les max du premier système de frange va correspondre au min du second système, on peut alors en déduire l'écart angulaire entre les deux étoiles juste en regardant pour quelle position des télescope le contraste des deux systèmes de franges superposés passent par un minimum de contraste.
    Tu vois qu'il n'y a pas vraiment d'interférences entre la lumière des deux étoiles, juste une superposition des franges dont le décalage donne des infos sur la distance angulaire des sources.
    Ce que je dis là c'est juste un élément de réflexion, c'est pas du béton !

  25. #24
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Merci beaucoup , j'ai enfin compris , vous êtes très fort
    Ce qui m'avait perturbé , c'était la question ( d ) :
    ( d ) Un dispositif annexe permet de faire INTERFERER les ondes optiques issues des deux télescopes ...

    En fait les ondes n'interfèrent pas !!! Cette question a mal été dite , On ajoute simplement les franges d'1 étoile avec celles de l'autre !
    La somme des 2 ne donnera jamais de franges totalement sombres.

  26. #25
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    Merci beaucoup , j'ai enfin compris , vous êtes très fort
    Ce qui m'avait perturbé , c'était la question ( d ) :
    ( d ) Un dispositif annexe permet de faire INTERFERER les ondes optiques issues des deux télescopes ...

    En fait les ondes n'interfèrent pas !!! Cette question a mal été dite , On ajoute simplement les franges d'1 étoile avec celles de l'autre !
    La somme des 2 ne donnera jamais de franges totalement sombres .
    ( maintenant c'est clair ! ).

  27. #26
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    Merci beaucoup , j'ai enfin compris , vous êtes très fort
    Ce qui m'avait perturbé , c'était la question ( d ) :
    ( d ) Un dispositif annexe permet de faire INTERFERER les ondes optiques issues des deux télescopes ...

    En fait les ondes n'interfèrent pas !!! Cette question a mal été dite , On ajoute simplement les franges d'1 étoile avec celles de l'autre !
    ...............

  28. #27
    predigny

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Citation Envoyé par James de Paris Voir le message
    ...
    Ce qui m'avait perturbé , c'était la question ( d ) :
    ( d ) Un dispositif annexe permet de faire INTERFERER les ondes optiques issues des deux télescopes ...
    En fait les ondes n'interfèrent pas !!! Cette question a mal été dite , On ajoute simplement les franges d'1 étoile avec celles de l'autre !
    La somme des 2 ne donnera jamais de franges totalement sombres.
    Les onde d'une même étoile et provenant des deux télescopes, interfèrent. Ce qui n'interfère pas ce sont les ondes d'une étoiles avec les ondes de l'autre étoile, mais ta dernière phrase montre que tu as compris.
    Une autre petite remarque : j'avais parlé de trains d'ondes, assez courts qui étaient cohérents, c'est vrai mais ce qu'il faut bien voir c'est que le train suivant n'a pas de relation de phase bien définie par rapport au train précédent, Mais les franges d'interférences pour ces deux trains seront au même endroit, à condition que les deux télescopes capturent le même train d'onde. Si ils sont trop éloignés, l'un peut capturer un train et l'autre le suivant, dans ce cas ces deux trains ne peuvent pas interférer, ou du moins leur interférence n'aura aucune signification et les franges changeront constamment (à chaque train) de position. Les aspects cohérence temporelle et spaciale se rejoignent.

  29. #28
    James de Paris

    Re : Question sur les interférences lumineuses

    Predigny , tu as raison , la phrase : "Un dispositif annexe permet de faire interférer les ondes optiques issues des deux télescopes " est bonne ( j'avais compris "issues des 2 étoiles" ).
    Je croyais que l'interférence pour chaque étoile avait déjà été traitée dans les questions précédentes (b) et (c) ( je n'avais pas bien lu ).
    Merci pour se rappel , la prochaine fois je lirais plus attentivement un énoncé .:

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