Réflexion Spéculaire

[invite5dfdea03]

Bonjour,

Ce sujet a déjà été abordé plusieurs fois, mais je n'ai pas vraiment réussi à trouver les réponses qu'il me fallait. Bref voici mes deux questions :

-Pourquoi les meilleurs surfaces réfléchissantes seblent-elles être obtenues avec un métal ? Est-ce parceque sa surface et 'plus facilement' plane qu'un papier blanc, et que ses électrons libres vont permettre de réfléchir la grande majorité des longueurs d'ondes contrairement au verre ?

-La direction de la réflexion est apparemment obtenue en intégrant le déphasage des ondes réémises par la surface sur une certaine aire (même toute petite). Mais comment aboutit on à une direction particulière sans garder 'la mémoire' de l'onde incidente ? Je veux dire : le déphasage est fonction de l'angle d'incidence, mais si on intègre sur une aire suffisamment grande, cette info devient obsolète, non ? (J'avoue que là, si quelqu'un avait un lien vers un calcul détaillé, ça m'arrangerait).

Bon, j'espère n'avoir pas trop embrouillé ma question...
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[invitea3eb043e]

La réflexion spéculaire (= comme un miroir) marche au mieux avec des métaux, en effet, et pour 3 raisons :
1- les métaux sont en général bons conducteurs à cause de leurs électrons libres, bien que ceci ait ses limites (l'or réfléchit mal dans le bleu mais il y a d'autres raisons liées à des effets relativistes pour un noyau lourd)
2- les métaux sont souvent durs, donc on peut les polir et obtenir un bon état de surface
3- ils résistent plus ou moins à la corrosion ou se couvrent d'une pellicule protectrice, ou alors on sait les protéger (exemple de l'aluminium)

Les meilleurs miroirs, employés dans la recherche sur les atomes froids, sont en niobium supraconducteur.

La seconde question n'est pas très claire. Si on envoie une onde plane sur un miroir plan incliné, tous les éléments du miroir diffractent dans toutes les directions mais si le miroir est bien plan, ces ondes s'ajoutent dans une direction privilégiée qui est la réflexion spéculaire (i=r).
Si ton miroir avait une largeur de quelques microns, il n'y aurait pas réflexion spéculaire mais diffraction autour de la direction spéculaire.

[invite0bbfd30c]

Les meilleurs miroirs, employés dans la recherche sur les atomes froids, sont en niobium supraconducteur.

Il faut préciser que ces miroirs sont excellents pour les micro ondes (et ce n'est pas vraiment utilisé dans des expériences d'atomes froids, jusqu'à présent du moins).

Mais dans le domaine visible les meilleurs miroirs sont réalisés avec des empilement de couches diélectriques (non conductrices), et le facteur de réflexion obtenu peut excéder 99,9995%... c'est pas trop mauvais . En comparaison les meilleurs miroirs métalliques sont franchement médiocres (dans le visible).

[invite5dfdea03]

Oui, en effet, j'avais un peu étudié ça : les cristaux photoniques 1D, empilement de couches d'indices et d'épaisseur différents afin de jouer sur les interférences des ondes lumineuses. Correctement réalisés, ils présentent de très gros avantages (même si c'est loin d'être évident d'obtenir des résultats aussi bon pour une large gamme de longueur d'onde, comme par exemple toute celle du visible).

Néanmoins, pour en revenir à la deuxième partie de ma question, voyons si j'arrive à la rendre un peu plus clair :
Lorsque le faisceau atteint la surface, il va exciter les atomes la constituant avec un retard T par rapport à un point défini comme le point O. Ce retard est fonction de l'angle d'incidence, et de la distance au point O.
On a donc comme seule info permettant de déduire l'angle du faisceau réfléchi, ce retard T que subit chaque atome.
Le problème (pour moi), est que je ne vois pas comment cette simple info peut permettre d'en déduire une des loies de Descartes. Je sens que je n'en suis pas loin, mais il y a un petit 'mur' que je n'arrive pas à dépasser.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Dans mon temps on appelait ces empilements de couches d'indices différentes des "miroirs diélectriques". Je vois qu'ils ont été augmentés en grade.

Si on revient à l'explication classique de la réflexion, j'éviterais de parler de "excitation" des atomes. Il n'y a pas d'excitation d'atomes ni changement de niveau d'énergie. Le champ électrique de l'onde incidente fait osciller les électrons de conduction du métal. L'amplitude et la phase de ces oscillations sont telles que l'onde électromagnétique émisse par ces électrons est de même amplitude en de phase oppose à l'onde incidente, ce qui permet de satisfaire aux conditions limites d'un champ EM à la surface d'un conducteur: Le champ parallèle est nul.
Comme vous l'avez dit la phase d'arrivée de l'onde varie suivant l'endroit de la surface. L'onde re-émisse varie de la même façon (avec le même retard). Et chaque onde est re-émise dans toutes les directions. Mais la seule direction où les interférences sont constructives est la direction spéculaire. Vous pouvez le vérifier en dessinant les front d'onde de l'onde avant et après réflexion.
Au revoir.