Optique - LD Didactic
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1. ra N 1105 Sel Wit d LEYBOLD Optique Optique ondulatoire Interf rence deux faisceaux Objectifs exp rimentaux LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Interf rence sur le miroir de Fresnel avec un laser He Ne M G n ration de deux sources lumineuses virtuelles coh rentes par r flexion d une source lumineuse ponctuelle sur un miroir de Fresnel Mesure de l cartement A des images projet es Observation de l interf rence des deux sources lumineuses virtuelles Mesure de la distance d entre les franges d interf rences G n ration des images projet es des sources lumineuses virtuelles D termination de la longueur d onde de la lumi re du laser He Ne partir de la distance d entre les franges d interf rences de l cartement A des images projet es des sources lumineuses virtuelles et des dimensions g om triques du montage Principes de base Le miroir de Fresnel se compose de deux miroirs plans l g rement inclin s l un contre l autre Une source lumineuse S ponctuelle qui s y r fl chit se manifeste par la r flexion sous forme de deux sources lumineuses S4 et S gt virtuelles tr s proches l une de l autre qui interf rent entre elles du fait de leur coh rence Le probl me qui consiste dire que du fait de leur incoh rence deux sources lumineuses s par es ne donnent pas lieu une interf rence est ainsi contourn Par r flexion il est g n r deux sources2. molet e 3 r gler une figure d interf rence contrast e si besoin est tenir une feuille de papier blanc devant l cran Si par diffraction sur le bord ext rieur avant du miroir de Fresnel il venait se former une figure d interf rence suppl mentaire g nante D placer le miroir de Fresnel 4 jusqu ce ce que le rayon laser divergent n incide pas sur l ar te ext rieure A l aide du pied coulisse mesurer et noter l cartement d des franges b Projection des sources lumineuses virtuelles Monter la lentille 2 et proc der ventuellement un ajus tage pour obtenir une projection nette des sources lumi neuses ponctuelles virtuelles l aide du pied coulisse en mesurer l cartement A et le noter Relever la distance Lo entre la lentille 2 et la lentille 1 sur l chelle du banc d optique et la noter A l aide du m tre ruban mesurer la distance L2 entre l image projet e et la lentille 2 et la noter Si besoin est nouveau enlever la lentille r gler une nouvelle figure d interf rence etrecommencerles mesures Fig 2 Montage exp rimental sur le banc d optique avec indica tion du positionnement du bord gauche des cavaliers 10cm Ocm 45cm L gt 2m s X 53cm 68 cm P5 3 2 1 LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Exemple de mesure d 3 9 mm A 4 3 mm Lo 22 7 cm L2 230 5 cm Exploitation La source l
3. voir fig 1 en bas on a le rapport a A Il Fig 1 en haut Marche des rayons sans lentille distance focale de 200 mm pour l interf rence deux faisceaux en bas Marche des rayons pour la projection sur l cran d observation des sources lumineuses virtuelles avec une lentille distance focale de 200 mm LEYBOLD Fiches d exp riences de physique P5 3 2 1 Montage Remarque Par diffraction de la lumi re laser sur le bord ext rieur du miroir de Fresnel il risque de se former des figures de diffraction ind sir es sur l cran d observation qui peuvent tre facile ment confondues avec la figure d interf rence voulue On les reconna t entre autres au fait que leur position ne d pend pas de l inclinaison des miroirs l un par rapport l autre Avant chaque mesure modifier l inclinaison des miroirs entre eux l aide de la vis molet e 3 et v rifier s il y a aussi une variation des cartements des franges d interf rences Le montage exp rimental est repr sent la fig 2 la position du bord gauche des cavaliers pour banc d optique est donn e ici en cm Fixer les cavaliers sur le banc d optique aux endroits indi qu s et placer l cran translucide sur socle au moins 2 m dans l axe optique Ajuster le laser et la lentille distance focale de 5 mm 1 sur les cavaliers pour banc d optique de fa on ce que le centre du rayon laser largi vol
4. lumineuses virtuelles coh rentes partir d une seule et unique source lumineuse La lumi re r fl chie par le miroir de Fresnel est travers e par un syst me de franges d interf rences parall les Dans l exp rience la source lumineuse S estidentique au foyer d une lentille qui sert l largissement d un rayon laser Pour d terminer la longueur d onde de la lumi re utilis e du laser He Ne on commence par mesurer la distance d entre deux maxima d intensit Pour finir les deux sources lumineuses virtuelles S 1 et S7 sont projet es par une deuxi me lentille sur l cran d observation et on mesure alors la distance A entre les images projet es Comme en suppl ment les dimensions g om triques du montage sont connues on peut alors d ter miner la distance a entre les sources lumineuses virtuelles LEYBOLD Fiches d exp riences de physique P5 3 2 1 Mat riel 1 laser He Ne polarisation rectiligne 471840 ou 1 laser He Ne 0 2 1 MW 47183 1 miroir de Fresnel ajustable 47105 1 lentille f 5 MM 46001 1 lentille f 200 MM 460 04 1 banc d optique profil normalis 1m 460 32 3 cavaliers pour banc d optique 60 mm de haut 36 mm de large 460 353 1 cavalier pour banc d optique 60 mm de haut 50 mm de large 460 351 1 cran translucide 441 53 lsocke 3011 1 pied coulis
5. se 31152 1 m tre ruban 2 M 31177 Remarque de s curit Le laser He Ne r pond aux exigences techniques satis faire en mati re de s curit pour le mat riel didactique et p dagogique Laser DIN 58126 6 partie pour les lasers de la classe 2 Si les remarques correspondantes stipul es dans le mode d emploi sontobserv es l exp ri mentation avec le laser He Ne ne pr sente aucun danger M Ne pas fixer le regard sur le faisceau direct ou r fl chi M Eviter de d passer la limite d blouissement c d qu aucun observateur ne doit avoir l impres sion d tre bloui Pour une grande distance L entre la source lumineuse et l cran d observation on calcule comme suit la longueur d onde x de la lumi re utilis e partir des grandeurs a et d on consid re deux ondes coh rentes qui partent de S1 et S2 dans la direction et se rejoignent finalement une distance L voir fig 1 en haut est la direction du n M maximum d intensit si on a As n pour la diff rence de marche As a sin des deux ondes Pour la distance D entre le O ME et le n me maximum on a le rapport g om trique Dn tan T Pour de grandes distances L sin tan et on obtient Dn d a a LT NT 1 La distance a entre les sources lumineuses virtuelles est d finie partir de leur cartement A sur l image projet e A partir de la g om trie du dispositif
6. ue parall lement au banc d optique si besoin est suivre la marche des rayons avec un morceau de papier Int grer la lentille distance focale de 200 mm 2 de telle sorte que l cran translucide soit clair Pour le montage du miroir de Fresnel veiller ce que le rayon laser largi incide sur les bords de s paration des deux demi miroirs n incliner le miroir que tr s l g rement pour que le rayon laser se contente d effleurer le miroir et que la lumi re r fl chie soit quasiment parall le au banc d optique profiter de la possibilit de d placement vertical par rapport l axe optique avec la vis molet e 4 et s assurer que la lumi re r fl chie incide encore le plus au milieu possible travers la lentille 2 Ajuster la lentille 2 si besoin est d placer les cavaliers en cons quence sur le banc d optique jusqu ce que les deux sources lumineuses virtuelles soient projet es avec une grande nettet e sur l cran translucide La lumi re laser qui passe par le miroir de Fresnel g n re un troisi me spot lumineux sur l cran gauche des deux images projet es Cela n a aucune influence sur l exp rience Al aide de la vis molet e 3 r gler l cartement A des deux images projet es environ 5 mm l cran tant env 2 m plus loin R alisation a Interf rence des deux sources lumineuses virtuelles Enlever la lentille 2 du cavalier pour banc d optique Al aide de la vis
7. umineuse ponctuelle est dans le foyer de la lentille distance focale de 5 mm donc L Lo 5 mm Pour la distance L entre les sources lumineuses et la paroi de projec tion on a L Li L2 Avec I et Il on calcule d abord a 0 41 mm et partir de cette valeur on a pour la longueur d onde de la lumi re laser utilis e 640 mm une valeur qui correspond plut t bien la valeur th orique hene 632 8 nm R sultat La figure d interf rence g n r e par un miroir de Fresnel s ex plique par l interf rence de deux faisceaux lumineux C est par r flexion d une source lumineuse ponctuelle sur un miroir de Fresnel qu il se forme deux sources lumineuses virtuelles qui interf rent entre elles du fait de leur coh rence LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN D by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
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