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Optique - LD Didactic

1. Pendant l clairage viter tout ce qui peut perturber le champ d interf rences la surface du film voir Remarques pr alables Eclairer le film en allumant et teignant le laser l aide de la prise de distribution sans provoquer de secousses par ex en tirant sur le c ble de raccordement au r seau Relever le couvercle retirer le porte film du montage ouvrir les m choires de serrage et sortir le film Prendre soin de tenir ce dernier par le bord Traitement photochimique Lorsque la dur e d clairage appropri e a t choisie les hologrammes de phase sont gris fonc apr s d veloppement et les hologrammes d amplitude gris clair Les holographes exp riment s peuvent modifier l g rement cette dur e afin d optimaliser les r sultats Si l on utilise un vieux r v lateur ou un r v lateur ayant d j servi augmenter le temps de d velop pement car le produit a perdu de son efficacit Tenir le film par un coin l aide de la pince le plonger dans le r v lateur et lui donner un mouvement de va et vient pendant 60 s Interrompre le d veloppement en d pla ant continuelle ment le film dans un casier d eau bain d arr t pendant 2 minutes La phase photosensible est pr sent termin e et la lumi re peut tre r allum e si besoin est _ Pourla formation d hologrammes de phase plonger le film dans le d colorant et lui donner occasionnellement un mouvement de va et vient Ne pas
2. facteurs d influence ext rieurs Choix de l objet L objet dont on d sire r aliser l hologramme doit tre suffisam ment rigide Les m taux les plastiques durs le bois et la pierre par exemple sont adapt s l holographie Par contre les mat riaux mous tels que les textiles le papier ou les plantes ne le sont pas car ils ont tendance se d placer au cours des enregistrements Les objets vacillants doivent tre maintenus par le bras du porte objet afin d tre plus stables sur la plaque de support Les voitures miniatures sont souvent mont es sur ressorts c est pourquoi la plaque de support du porte objet est munie sur le c t d une barre troite o elles peuvent tre plac es de sorte que leurs roues tournent dans le vide Seuls les objets r fl chissant une grande partie du faisceau laser permettent d obtenir de bons hologrammes de lumi re blanche On peut vaporiser les objets sombres l aide de sprays de couleur claire ou argent e Plus ils r fl chissent de lumi re sur le film plus l hologramme est intense Ainsi les pi ces de monnaie donnent de tr s bons r sultats Manipulation des composants optiques Les poussi res les rayures ou les empreintes digitales qui peuvent tre laiss es sur les lentilles et la lame s paratrice variable suite une mauvaise manipulation provoquent ga lement des ph nom nes d interf rence tr s contrast s En effet la lumi re est diffract e pa
3. la hauteur et l inclinaison des vis de sorte que son faisceau passe horizontalement environ 75 mm au des sus de la plaque de base il reste alors suffisamment de jeu pour un r glage pr cis V rifier au moyen de la r gle en bois _Resserrer les contre crous Porte film Ins rer un rectangle de papier blanc dans le porte film d et placer ce dernier environ 25 30 cm du laser comme sur la figure 2 afin que le faisceau p n tre par l arri re et le centre du porte film Lentille sph rique Remarques Il est possible de faire varier la surface couverte par le faisceau laser en modifiant la distance entre le porte film et la lentille On ne peut obtenir un hologramme qu aux endroits o le film est clair par le faisceau de r f rence C est pourquoi cette surface devrait avoir au minimum la taille de l objet hologra phier De plus le faisceau est plus intense lorsqu il est tr s peu largi La dur e d clairage peut donc tre r duite ce qui minimise l influence des facteurs ext rieurs au cours de l en registrement de l hologramme La nettet du faisceau largi est particuli rement importante pour la qualit de l hologramme Le faisceau de r f rence doit donc pr senter le moins de figures de diffraction possible Ces derni res proviennent soit d un mauvais r glage soit d impu ret s ou de rayures laiss es sur la lentille ou la lame s paratrice Placer la lentille sph riq
4. le traiter avec le fixateur avant que le noircissement ait totalement disparu Pour la r alisation d hologrammes d amplitude traiter le film avec le fixateur selon les instructions du fabricant Immerger l hologramme pendant 5 10 minutes dans de l eau courante Le plonger pendant quelques secondes dans de l eau contenant une goutte de liquide vaisselle pour viter l ap parition de taches lors du s chage Pour le s chage poser l hologramme contre un objet perpendiculairement la surface absorbante Laver soigneusement la pince photos avec de l eau Analyse Apr s s chage il est possible de reconstruire l hologramme l aide de la lumi re blanche Pour ce faire il est n cessaire de l clairer du m me c t que lors de l enregistrement On conserve cette position pour l observation L hologramme est le plus net lorsqu on le reconstruit avec de la lumi re homo g ne de m me divergence que le faisceau laser largi Les lampes de poche les lampes halog nes et les rayons solaires de forte intensit sont de bonnes sources de lumi re pour la reconstruction Lorsque l on d place la source lumineuse l hologramme pr sente des propri t s r fl chissantes simi laires celles de l objet Si l on claire l hologramme du mauvais c t l objet observ l g rement moins net semble tre plac devant le plan du film Information compl mentaire Les hologrammes de phase sont plus sensib
5. LEYBOLD Optique Optique ondulatoire Holographie de la lumi re blanche Objectifs M Enregistrement d hologrammes de lumi re blanche LEYBOLD Fiches d exp riences de physique R alisation d hologrammes de lumi re blanche sur la plaque de base pour optique laser M Distinction entre hologrammes de phase et d amplitude et leur traitement photochimique E Reconstruction des hologrammes par r flexion de lumi re blanche Fig 1 Photographies d hologrammes Principe En photographie l image de l objet photographier est impri m e sur le film Par contre en holographie ce sont les ondes lumineuses r fl chies sur la surface de l objet qui sont recueil lies Le film ne reproduit pas uniquement l amplitude des ondes mais galement leur phase Ainsi l hologramme conserve la position de chaque point de l objet dans l espace Il existe diff rents types d hologrammes De par sa simplicit le montage utilis pour l enregistrement des hologrammes dont la reconstruction se fera par r flexion de lumi re blanche convient particuli rement aux d butants Les hologrammes de lumi re blanche sont form s partir d un faisceau laser qui traverse un milieu d absorption film avant d atteindre un objet plac derri re La lumi re r fl chie par la surface irr guli re de l objet est renvoy e dans le milieu d ab sorption o elle se superpose avec les ondes lumineuses du faisceau initial Des o
6. auses doivent tre cart es Les variations de temp rature et de pression du milieu ambiant ont galement une grande influence sur le champ d interf rence puisqu elles modifient l indice de r fraction de l air L a ration les courants d air ou la proximit d appareils de chauf fage sont d favorables Ces derniers ont des r percussions encore plus importantes lorsqu ils viennent d tre mis en ser vice L exp rimentateur lui m me peut provoquer l apparition de couches d air r fringentes Aussi devrait il viter de s ap prochertrop pr s et d expirer de l air dans le montage au cours de l exp rience Ceci vaut galement pour toutes les per sonnes qui se trouvent dans la salle d exp riences Ces fac teurs de perturbations sont fortement minimis s lorsque l on utilise le couvercle LEYBOLD Fiches d exp riences de Physique P5 3 6 1 L interf rom tre de Michelson qui peut aussi tre mont sur la plaque de base pour optique laser voir Montage de l interf rom tre de Michelson sur la plaque de base pour optique laser permet de mettre facilement en vidence l influence des secousses m caniques et des couches d air r fringentes en mouvement Cet interf rom tre est plus sensible que le montage employ ici pour l holographie et r agit aux pertur bations en question par un mouvement de l chantillon d in terf rence Par cons quent il est tr s utile l exp rimentateur pour d terminer les
7. du laser Retirer avec pr cautions le porte film g du montage en maintenant son pied pour optique avec le doigt Assombrir la pi ce Retirer un morceau de film de la bo te opaque en prenant soin de le tenir par le bord pour ne pas ab mer la couche d mulsion Ouvrir les m choires de serrage du porte film l aide de la vis molet e Ins rer le film dans le porte film de sorte que lorsque l on replace ce dernier dans le montage le c t enduit soit tourn vers l objet Tendre le film en fermant les m choires de serrage Replacer le porte film dans le montage en maintenant son pied pour optique avec le doigt Fermer le couvercle Eclairage La dur e optimale d clairage d pend de l largissement du faisceau de l objet et de la nature de l hologramme Elle doit tre d termin e empiriquement Pour les hologrammes de phase on peut choisir comme point de d part une dur e de 1 3s pour une puissance de 1 mW Dans le cas des hologrammes d amplitude cette dur e est 3 4 fois plus courte Pour diminuer la puissance du laser 0 2 mW on se sert d un filtre gris qui r duit la qualit de l hologramme en provoquant des ph nom nes d interf rence suppl mentaires et n cessite des dur es d clairage cinq fois plus grandes Attendre environ cinq minutes afin que le film etles compo sants du montage s adaptent la temp rature ambiante et que les torsions du film disparaissent
8. e partie du fixateur dans un r cipient de stockage selon les instructions du fabricant et une autre partie dans le casier correspondant remplir un casier d eau bain d arr t remplir un autre casier d eau et ajouter une goutte de liquide vaisselle avoir proximit un casier destin l immersion finale indiquer la nature du contenu sur chaque casier P5 3 6 1 LEYBOLD Fiches d exp riences de Physique Fig 2 Montage exp rimental pour l enregistrement des holo grammes de lumi re blanche sur la plaque de base pour optique laser Vu de dessus a Plaque de base pour optique laser b Couvercle de protection c Lentille sph rique d Porte film e Porte objet Montage La disposition des composants optiques sur la plaque pour optique laser est repr sent e sur la figure 2 Les tapes sui vantes sont n cessaires au montage veiller bien caler tous les composants dans leur support Plaque de base et laser Gonfler le matelas d air isolant Fixer le couvercle b sur la plaque de base pour optique laser a Installer la plaque de base et le matelas d air isolant hori zontalement sur la table de d monstration Monter le laser sur le porte laser Placer le laser l extr mit gauche de la plaque de base afin que le couvercle se ferme sans probl me Brancher le laser sur la prise de distribution et l allumer Desserrer les contre crous des trois vis de r glage R gler
9. eur Manipuler le film avec pr cautions afin de ne pas ab mer le c t enduit Le film se compose de plaquettes de plastique enduites film rigide de 10 2 cm x 12 7 cm qui doivent tre d cou p es un format ad quat Retirer le nombre de plaquettes d sir dans l obscurit totale puis replacer le reste du film dans un emballage opaque un stockage au frais permet de conserver le film plus longtemps D limiter des surfaces de 42 mmx51 mm tol rance 1 mm par exemple l aide d un crayon de couleur fin puis les d couper voir Mode d emploi de la collection Optique Laser Ranger les pi ces d coup es dans une bo te opaque en prenant garde de toujours placer les c t s enduits dans le m me sens Les utiliser dans les semaines qui suivent Stockage des produits photochimiques nettoyer soigneusement les r cipients de stockage fla cons de poly thyl ne placer le r v lateur dans un r cipient de stockage selon le mode d emploi et en verser une partie dans le casier de rangement qui lui correspond Pour la r alisation des hologrammes de phase verser une partie du bain de d coloration compos de 100g de fer Ill nitrate 9 mol cules d eau et de 30g de bromure de potassium KBr m lang s 1 d eau ven tuellement distill e dans un autre r cipient de stockage et une partie dans le casier correspondant et ou pour la r alisation des hologrammes d amplitude verser un
10. les la lumi re que les hologrammes d amplitude On peut les d colorer plus facilement et am liorer leur stabilit la lumi re en les plon geant dans une solution compos e de 2 5 g d iodure de po tassium KI et d 1 d eau Lors de ce proc d les holo grammes prennent une teinte jaune p le Au cours de l enregistrement de l hologramme le film ne doit pas tre plac perpendiculairement au faisceau laser Il vaut mieux le disposer en biais afin que l observateur ne soit pas bloui par la lumi re qui y est r fl chie lors de la reconstruc tion De plus on peut ainsi clairer le film sur toute sa largeur 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
11. ndes verticales dues des ph nom nes d interf rence apparaissent l int rieur du milieu d absorption I s agit d une succession de noeuds et de ventres espac s de 4 Les ventres sont clair s alors que les noeuds ne le sont pas La lumi re estretenue par des couches semi translucides en argent m tallique Il en r sulte un r seau de diffraction tridimensionnel o des informations sur l objet sont enregis tr es sous forme d une sorte de code optique Lors de la reconstruction la lumi re qui arrive sur l holo gramme achev est r fl chie par les couches semi trans lucides Elle poss de les m mes propri t s que les ondes provenant initialement de l objet Les faisceaux lumineux issus de diff rentes couches deviennent uniquement plus intenses s ils ont la m me phase Dans le cas de la reconstruction d images l hologramme s lectionne alors les longueurs d ondes Etant donn que les phases ne sont gales que pour une longueur d onde d finie il est possible de reconstruire l image l aide de la lumi re blanche Un hologramme de lumi re blanche a donc la propri t de pouvoir s lectionner parmi les nombreuses longueurs d ondes celle qui est n ces saire la formation de l image tridimensionnelle de l objet Il est possible de faire la distinction entre deux types d holo grammes d apr s le traitement photochimique auquel on sou met le film clair P5 3 6 1 LEYBOLD Fiches d exp riences de Ph
12. ourd hui on utilise de pr f rence des hologrammes de phase dans l industrie Remarques pr alables La r alisation de bons hologrammes n cessite certaines pr cautions Des facteurs ext rieurs et une mauvaise manipula tion peuvent facilement emp cher la formation de l holo gramme ou du moins en amoindrir la qualit Facteurs d influence ext rieurs Parmi les perturbations les plus importantes on compte les mouvements incontr lables entre le champ d interf rence et le milieu d absorption Une simple variation de la longueur du chemin optique de l ordre de 4 entre l objet et le milieu d absorption lors de l enregistrement d truit totalement l ho logramme Ces perturbations sont caus es par exemple par des se cousses au niveau du montage ou par des couches d air r fringentes en mouvement En l occurence ces facteurs ex ternes sont consid rablement minimis s car l exp rience est r alis e sur une plaque de base qui amortit les vibrations Cette derni re repose sur un matelas d air isolant et poss de un couvercle qui permet d viter la convection Bien que le montage soit tr s bien isol des vibrations il est possible que des secousses externes lui soient transmises Elles peuvent tre assez fortes pour avoir une influence sur le champ d interf rences pendant l enregistrement Ces se cousses sont dues par exemple une porte claqu e des pas lourds ou une machine en fonctionnement Ces c
13. r ces impuret s et de ce fait les domaines holographiques correspondant aux maxima de diffraction sont trop clair s alors que ceux correspondant aux minima sont trop peu clair s La qualit de la reconstruction de l hologramme en est amoindrie aussi les composants doivent ils tre manipul s avec pr cautions et stock s l abri de la poussi re Eviter galement d ab mer leur surface et de les prendre directement en main Les lentilles salies peuvent tre retir es de leur porte lentille et nettoy es au moyen d un tissu non effiloch ou de papier pour l entretien des lentilles Respecter absolument le mode d em ploi Consignes relatives la salle d exp riences La salle d exp riences doit pouvoir tre assombrie pr senter peu de sources de vibrations et une stabilit thermique suffi sante En outre on doit disposer d une source d alimentation en courant pour le laser et la lampe de la chambre noire d un point d eau courante pour l immersion finale et d une table de faible hauteur Pr paration D coupage du film Etant donn que le film est tr s peu sensible pour une lon gueur d onde de 505 nm on peut utiliser une ampoule vert fonc ou bleu vert pour faciliter l orientation Ne pas exposer le film directement la lumi re Attention au c t enduit Le bord du film comporte une en coche Sielle se situe en bas droite ou en haut gauche le c t enduit ne fait pas face l observat
14. sentent aucun danger ne pas regarder directement le faisceau laser ni le faisceau r fl chi M ne pas franchir les limites de s curit c est dire qu aucun observateur ne doit tre bloui Certains produits photochimiques sont toxiques et corro sifs M Toujours respecter les consignes de s curit indiqu es sur l emballage Se munir de lunettes et de gants de protection ainsi que d une blouse Les produits photochimiques sont polluants Ne pas les jeter avec les eaux us es M Les liminer en tant que d chets sp ciaux Un hologramme d amplitude se compose de zones opaques et de zones translucides dues aux grains d argent qui appa raissent apr s d veloppement Dans le cas d un hologramme de phase on limine le noircis sement de la couche d velopp e par un proc d de d colo ration Suivant le proc d de d coloration employ l informa tion est conserv e par variation de l indice de r fraction de l paisseur et de l ondulation en relief de l hologramme Lors de la reconstruction les ondes lumineuses doivent avoir des chemins g om triques et optiques distincts d o l apparition d une diff rence de marche entre elles On dit que l holo gramme est en modulation de phase Etant donn que les hologrammes de phase n absorbent pas l nergie lumineuse mise en jeu lors de la reconstruction ils sont beaucoup plus intenses que les hologrammes d ampli tude noircis C est pourquoi auj
15. ue c plus petite ouverture d en tr e du porte lentille tourn e vers le laser entre le porte film et le laser pour largir le faisceau Disposer la lentille lat ralement et en hauteur de sorte qu elle soittravers e axialement parle faisceau laser C hoi sir une distance assez grande par rapport au laser pour que le couvercle de protection b se ferme sans probl me voir Fig 2 Porte objet Retirer le morceau de papier du porte film Fixer l objet sur le porte objet e si possible avec le bras de support Placer le porte objet pr s du film dans la mesure du possible comme le montre la figure 2 L objet doit r fl chir un maximum de lumi re sur le film et tre bien clair De plus le faisceau doit parvenir en son centre Faire en sorte que l on puisse toujours fermer le couvercle R gler la puissance du laser 1 mW et v rifier la nettet et la marche du faisceau largi R ajuster la lentille si n ces saire LEYBOLD Fiches d exp riences de Physique P5 3 6 1 R alisation Montage du film Une ampoule vert fonc ou bleu vert de faible intensit peut tre utilis e pour faciliter l orientation Dans ce cas tenir le film distance afin qu il ne soit pas clair directement Eteindre le laser Afin de ne pas produire de vibrations lors de l exposition arr ter l alimentation en courant l aide de l interrupteur de la prise de distribution et non de la cl
16. ysique Mat riel 1 plaque de base pour optique laser 473 40 1 laser He Ne polarisation rectiligne 471840 1 porte laser 47341 3 pieds pour optique 473 42 1 porte film 473 44 1 porte objet 47345 1 lentille sph rique f 2 7 mm 47347 lr gleenbois 31103 1 prise de distribution prises contacts de protection 663615 1 chronom tre AMIGO 59741 1 jeu de 6 casiers 1x 1UD 64911 3 flacons en poly thyl ne 1000 mi 661234 1 paire de ciseaux pointus 200 mm 667016 1 film pour holographiel 473 442 1 lot d accessoires pour chambre noire 473 446 1 lot de produits photochimiques2 473444 Pour la r alisation des hologrammes de phase fer IIl nitrate 9 mol cules d eau 250 g 671891 bromure de potassium KBr 50 g 672491 mat riel suppl mentaire 1 goutte de liquide vaisselle 1 surface absorbante par ex un torchon de cuisine appropi D Agfa Gevaert 2NFXQ HOLOFI 8E75 T3 HD NAH 2 r v lateur SW Agfa Neutol fixateur Tetenal Superfix Consignes de s curit Le laser He Ne r pond la norme de s curit allemande DIN 58126 6 me partie sur l utilisation en cours de lasers de classe 2 Si les consignes de s curit mentionn es dans le mode d emploi sont respect es les exp riences avec le laser He Ne ne pr

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