Interférence avec de la lumière non cohérente

[invite87420132543]

Bonjour,

Il y a quelque chose que je ne comprends pas dans l'interférence :
Lorsqu'il y a une ou 2 fentes comme sur ce schéma
http://upload.wikimedia.org/wikipedi...ntes_young.jpg
on considère la lumière en phase.
C'est à dire qu'on considère la lumière cohérente.
Or si c'est bien le cas avec un laser, ce n'est pas le cas général.
Pourtant avec la lumière d'une torche on constate les interférences.

Je ne comprends pas très bien comment il peut toujours y avoir la même interférence avec de la lumière qui n'est pas cohérente.

Sans pouvoir l'expliquer avec des équations, il me semble que la lumière ne doit pas pouvoir alors s'additionner ou se soustraire aux mêmes endroits.

Pouvez-vous m'éclairer ?

Merci.
-----

[Deedee81]

Salut,

Il suffit que la lumière soit cohérente sur des impulsions au moins aussi longue que la différence de longueur à parcourir jusqu'au lieu d'interférence (cela donne des durées extrêmement courte).

Mais je ne sais pas si cela suffit à expliquer le cas de la torche (d'autant qu'on a un autre problème ici : la lumière est non monochromatique. Ce n'est pas plutôt des phénomènes de diffraction ? C'est vraiment dans une expérience à la Young ?)

[LPFR]

Bonjour.
On peut avoir des interférences avec de la lumière non cohérente (blanche) et vous en avez déjà vu:
Les irisations des bulles de savon ou des hydrocarbures sur l'eau.
Mais elles sont limitées à des différences de chemin optique de deux ou trois longueurs d'onde.
Dans le cas des fentes de Young on doit pouvoir voir la frange centrale et deux ou trois franges de chaque côté.
Au revoir.

[philou21]

Bonjour LPFR

pourtant dans un interféromètre de type Michelson (je pense à un spectro IR à transformée de Fourier),
la différence de marche est bien supérieure à 2 ou 3 longueur d'onde.
La source thermique est, bien sûr, ici non cohérente.
Non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour LPFR

pourtant dans un interféromètre de type Michelson (je pense à un spectro IR à transformée de Fourier),
la différence de marche est bien supérieure à 2 ou 3 longueur d'onde.
La source thermique est, bien sûr, ici non cohérente.
Non ?

Re.
Dans un Michelson avec lumière blanche, vous obtiendrez, comme avec Young, des interférences si la différence de chemin est très faible.
Dans un interféromètre à transformée de Fourier, on ne fait pas des interférences. On fait la transformée de Fourier de la somme des interférences pour chaque longueur d'onde. Et, évidemment, chaque longueur d'onde est "monochromatique".
A+

[philou21]

Je me suis mal exprimé sans doute : mon interféromètre travaille avec une lumière IR "blanche". Le trajet du miroir mobile est de quelques cm. La transformée de Fourier de l'interférograme n'intervient pas dans le phénomène qui nous intéresse.

[Deedee81]

On peut avoir des interférences avec de la lumière non cohérente (blanche) [...]

Merci pour ces explications.

[philou21]

Bon en cherchant un peu à droite et à gauche, j'ai trouvé une valeur de l'ordre de 1ns pour le temps de cohérence ce qui fait une longueur de cohérence de l'ordre de 30 cm. Ça me va bien pour mon interféromètre.

[invite87420132543]

la lumière est non monochromatique. Ce n'est pas plutôt des phénomènes de diffraction ? C'est vraiment dans une expérience à la Young ?

Young n'avait pas de laser à sa portée mais peut être qu'il filtrait la lumière avec un filtre et du coup pour la question du monochromatique, je ne sais pas... je voulais surtout savoir pour le cas de la lumière non cohérente.

Bonjour.
On peut avoir des interférences avec de la lumière non cohérente (blanche) et vous en avez déjà vu:
Les irisations des bulles de savon ou des hydrocarbures sur l'eau.
Mais elles sont limitées à des différences de chemin optique de deux ou trois longueurs d'onde.
Dans le cas des fentes de Young on doit pouvoir voir la frange centrale et deux ou trois franges de chaque côté.
Au revoir.

Merci.

Si en plus quelqu'un donne l'explication des interférences avec de la lumière non cohérente, ce serait parfait.

C'est une question de temps de propagation des rayons (photon) ?

[LPFR]

Si en plus quelqu'un donne l'explication des interférences avec de la lumière non cohérente, ce serait parfait.

C'est une question de temps de propagation des rayons (photon) ?

Bonjour.
On n'explique pas des interférences avec des photons. Il faut utiliser le modèle ondulatoire.

Quand vous avez une onde monochromatique vous savez que si vous regardez l'amplitude instantanée d'un même rayon de lumière à deux endroits distants d'un multiple de la longueur d'onde, vous aurez toujours un maximum qui correspondra à un maximum et un minimum qui correspondra à un minimum. De même si la distance correspond à un multiple impair de lambda/2, un maximum correspondra toujours à un minimum. Dans ces conditions, vous aurez des interférences et des franges de Young bien distinctes.
Mais si l'onde n'est pas monochromatique elle n'a pas une longueur d'onde bien définie et si la distance entre les deux points est "trop grande" vous n'aurez pas en permanence la correspondance maximum avec maximum et minimum avec minimum, etc. Les interférences ne seront pas toujours constructives ou destructives. Les deux ondes ne s'ajoutent pas en phase (et en amplitude) mais uniquement en puissance surfacique. On n'a plus de maximums et minimums ni de franges mais un éclairement uniforme.
Si vous avez vu, ou avez la possibilité de voir, un signal modulé en fréquence dans un oscilloscope, vous verrez que la première ondulation est toujours nette (car c'est elle qui déclenche le balayage) mais que les ondulations suivantes deviennent de plus en plus épaisses car la période n'est pas constante et que si la modulation est assez profonde (il faut utiliser un générateur de fonction) alors, à droite de l'écran on ne voit plus des oscillations. On est arrivé au point où la largeur de l'écran correspond à un temps plus grand que le temps de cohérence du signal.
Avec la lumière blanche vous avez une longueur d'onde qui va de 400 nm à 700 nm. C'est à dire l'équivalent d'un signal de 550 nm "modulé en fréquence" de 30 %.
Cela veut dire que le signal à l'oscilloscope sera net pour le premier cycle et perdra sa netteté en environ 3 cycles.
Et cela veut dire que la frange centrale de Young sera nette mais que vous ne verrez que quelques 3 franges de chaque côté.

Ce décalage dans le temps pendant lequel le signal et cohérent avec lui-même, est le "temps de cohérence". Contrairement à ce que l'intuition voudrait, la distance correspondante à ce temps n'est pas la distance de cohérence.
La "distance de cohérence" se mesure "de côté". Sur un front d'onde c'est la distance pour laquelle, les deux signaux sont encore cohérents.

Tout cela explique pourquoi on voit des irisations sur les bulles de savon et non sur les vitres des fenêtres et même pas sur les "films fraicheur".
Au revoir.

[Geo77]

Bonjour,
Si l'onde n'est pas monochromatique, ne peut-elle être décomposée en un ensemble d'ondes monochromatiques (spectre) qui formerait chacune des interférences à des endroits différents, mais proches ?
Exemple ici : http://www.xena.ad/lcf/optique/interference.htm. Attention : applets java !

on considère la lumière en phase.
C'est à dire qu'on considère la lumière cohérente.

Si les ondes parvenant aux 2 fentes sont identiques (proviennent d'une même source), ne sont-elles pas en phase l'une avec l'autre ?

[LPFR]

Bonjour,
Si l'onde n'est pas monochromatique, ne peut-elle être décomposée en un ensemble d'ondes monochromatiques (spectre) qui formerait chacune des interférences à des endroits différents, mais proches ?
Exemple ici : http://www.xena.ad/lcf/optique/interference.htm. Attention : applets java !


Si les ondes parvenant aux 2 fentes sont identiques (proviennent d'une même source), ne sont-elles pas en phase l'une avec l'autre ?

Re.
Oui. Chaque longueur d'onde fait son jeu de franges ou figures de diffraction.
On peut le vous à travers un tout petit trou devant l'œil en regardant une source ponctuelle blanche. Le disque d'Airy et les anneaux, ont les bords colorés.
Mais les franges qui tombent dans des endroits différents, s'ajoutent en puissance et on ne voit qu'un fond éclairé en blanc en dehors de la demi-douzaine de franges centrales. Comme je l'ai déjà expliqué.

Pour que ce qui arrive aux fentes soit en phase, il faut que chaque fente soit l'image d'une même fente. On utilise le biprisme de Fresnel ou un miroir.
La manip d'éclairer deux fentes avec une seule source n'est pas pratique, car pour obtenir de la diffraction il faut que les fentes soient vraiment étroites (plus petites que lambda). Du coup les franges ne sont pas bien lumineuses. On peut le faire avec deux fentes très proches. Plus proches que le diamètre du faisceau laser qui les éclaire.
A+

[invite87420132543]

Bonsoir,

Merci à LPFR pour ces explications très claires.

[LPFR]

Bonjour.
Ravi que vous ayez apprécié les explications.
Au revoir.