Optique - LD Didactic
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1. Fig 4 Montage exp rimental pour la d monstration de l effet Pockels a Lentille f 5 mm b Lentille f 50 mm c Cellule de Pockels position de l index 45 par rapport l analyseur d Filtre polarisant comme analyseur position de l index 90 par rapport la direction de polarisation du laser Monter le filtre polarisant comme analyseur et modifier la direction de polarisation jusqu ce que l intensit sur l cran soit minimale Ajouter la cellule de Pockels et la pousser exactement l endroit o la section du faisceau est minimale observer l image sur l cran et veiller ce que les r flexions de la lumi re sur les faces int rieures du cristal et sur le conden sateur plaques soient vit es dans la cellule de Pockels Faire tourner l index de la cellule de Pockels de 45 ou 45 par rapport l analyseur Ajustage de pr cision _ Proc der un ajustage en hauteur du laser de la lentille distance focale de 5 mm et ventuellement aussi de la cellule de Pockels jusqu ce que le centre des faisceaux d hyperboles dans la figure d interf rence soit le plus pos sible au centre du champ visuel Si besoin est faire tourner la cellule de Pockels autour de l axe de la tige Connexion lectrique Brancher la cellule de Pockels la sortie gauche courant2. etc L cartement des tensions U1 U2 etU correspond la tension de demi onde double voir ci apr s En cas de tension polarit invers e les hyperboles se d pla cent dans l autre sens Suivant le signe de la tension la diff rence entre les indices n Ne est donc augment e ou r duite par l effet Pockels c D termination de la tension de demi onde Tab 1 R sultat de mesure pour la d termination de la tension de demi onde Pour les valeurs indiqu es au tableau 1 pour la tension U l intensit passe de clair sombre dans la figure d interf rence aux endroits marqu s tant donn que la diff rence de marche entre le sous faisceau ordinaire et le sous faisceau extraordi naire varie d une demi longueur d onde La diff rence entre ces tensions est la tension de demi onde U Elle est donc d env 0 5 kV La variation de la bir fringence n ne apr s l application de la tension de demi onde est tr s faible L quation I permet de calculer z7 d n ne Il et on obtient no SNe 16 106 U Luminosit sur l cran Bibliographie KV translucide l endroit marqu 1 M Born Optik Springer ou 0 0 sombre M Born et E Wolf Principles of Optics Pergamon Press 0 52 clair 1 01 sombre 1 52 clair Fig 5 Changement de la figure d interf rence par l effet Pockels les paraboles trac es par un trait plus pais sont respecti 1 91 sombre vement
3. La diff rence de marche correspond environ 2800 longueurs d ondes de la lumi re laser utilis e Du reste A n est en principe pas exactement un multiple entier de x mais est bien plus souvent compris entre deux valeurs Amn m et Am 1 mM 1 Il faut ensuite assigner les diff rences de marche Am 1 Am 2 Am 3 etc aux franges sombres du pre mier faisceau d hyperboles et les diff rences de marche Am 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 sont observ 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 Fig 3 Figure d interf rence dans la marche conoscopique du faisceau avec l axe optique du cristal dans le sens de la fl che Il est indiqu la diff rence de marche entre le sous faisceau ordinaire et le sous faisceau extraordinaire C est ainsi que p ex les franges caract ris es par 1 1 ont la diff rence de marche Am 1 Am 1 Am 1 Am 2 au deuxi me faisceau d hyperboles voir fig 3 La position des franges sombres plus exactement leur distance
4. les deux hyperboles de l ordre d interf rence m 1 U lt U U U U gt U 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
5. ma d une marche du faisceau conoscopique pour la LiNbO 3 d monstration de la bir fringence Les cristaux de lithiumniobate sont optiquement uniaxes bir fringence n gative avec les indices n 2 29 pour le faisceau lumineux ordinaire et n 2 20 pour le faisceau lumineux extraordinaire mesur pour la longueur d onde du laser He Ne x 632 8 nm Fig 1 Repr sentation sch matique d une cellule de Pockels en configuration transversale Bir fringence dans un trajet conoscopique du faisceau lumineux La mise en vidence de la bir fringence dans un trajet cono scopique du faisceau lumineux est propos e dans de nom breux manuels p dagogiques ayant trait l optique On claire un cristal sectionn plan parall le par un faisceau lumineux divergent polaris lin airement et on observe la lumi re qui le traverse derri re un analyseur crois voir fig 2 L axe optique de la bir fringence appara t nettement dans la figure d interf rence vu qu il se distingue de l environnement par sa sym trie Dans l exp rience il est parall le la surface d incidence et la surface de sortie la figure d interf rence comprend donc deux faisceaux d hyperboles 19 tourn s l un contre l autre de 90 L axe r el du premier faisceau d hyperboles volue paral l lement l axe celui du deuxi me faisceau perpendiculaire ment l axe LEYBOLD ra N LEYBOLD Fiches d exp riences de
6. par rapport au centre d pend de l importance de la diff rence entre A et mA L effet Pockels augmente ou r duit la diff rence entre les indices no Ne en fonction du signe de la tension appliqu e Il s en suit un changementde la diff rence A m Xxet donc aussi de la position des franges d interf rence Si la tension dite tension de demi onde U est appliqu e A change d une demie longueur d onde Les franges d interf rence sombres se d placent vers les franges claires et vice versa Le processus se r p te chaque nouvelle augmentation de la tension de la valeur Uy Montage Remarques R aliser les mesures dans une pi ce obscurcie Ne pas enfoncer compl tement les tiges des l ments opti ques dans les cavaliers pour banc d optique afin de permettre un ajustage en hauteur pr cis Le montage exp rimental est repr sent la fig 4 le position nement du bord gauche des cavaliers est indiqu en cm Mise en place des composants optiques Monterle laser He Ne la lentille distance focale de 5 mm a et celle distance focale de 50 mm b tourner prudem ment le laser et la lentille distance focale de 5 mm et les r gler en hauteur jusqu obtention d un clairage optimal de la lentille distance focale de 50 mm Installer l cran translucide une distance appropri e fixer du papier blanc sur l cran LEYBOLD Fiches d exp riences de physique P5 4 5 1
7. LEYBOLD Optique Fiches d exp riences Polarisation de physique Effet Pockels D monstration de l effet Pockels dans un trajet conoscopique du faisceau lumineux Objectifs exp rimentaux M identification de l axe optique du cristal bir fringent de la cellule de Pockels dans un trajet conoscopique du faisceau lumineux E D monstration de l effet Pockels dans un trajet conoscopique du faisceau lumineux Mesure de la tension de demi onde de la cellule de Pockels Principes de base Effet P ockels On appelle effet Pockels l apparition d une bir fringence ou le changement d une bir fringence d j existante dans un champ lectrique lin airement avec l intensit du champ lec trique Il s agit d un ph nom ne qui ressemble l effet Kerr la bir fringence augmentant n ammoins quadratiquement avec l intensit du champ lectrique dans le cas de l effet Kerr Pour des raisons de sym trie l effet Pockels ne peut survenir qu au pr s de cristaux sans centre de sym trie l effet Kerr aupr s de toutes les substances On parle d une configuration transversale de la cellule de Pockels si la direction du faisceau lumineux et l axe optique de la bir fringence sont perpendiculaires entre eux voir fig 1 Le champ lectrique est appliqu en direction de l axe optique Pour des cellules de Pockels en configuration transversale le cristal le plus souvent utilis est un cristal de lithiumniobate Fig 2 Sch
8. de court circuit de max 100 pA de l alimentation haute tension relier la douille moins la douille de mise la terre Tourner le potentiom tre de l alimentation haute tension jusqu la but e gauche mettre l alimentation haute ten sion en route et activer la sortie gauche avec la touche de s lection R alisation a D monstration de la bir fringence Comparer la position du faisceau d hyperboles dans la figure d interf rence avec la position de l index de la cellule de Pockels D placerlentement l index de la cellule de Pockels et suivre le changement de la figure d interf rence b D monstration de l effet Pockels Ramener l index de la cellule de Pockels sa position initiale 45 ou 45 par rapport l analyseur Lentement augmenter la tension U jusqu max 2 kV et suivre le changement de la figure d interf rence Ramener la tension 0 V relier la douille plus de l alimen tation haute tension la douille de mise la terre et permuter les raccords sur la cellule de Pockels A nouveau augmenter la tension U jusqu max 2 kV et suivre le changement de la figure d interf rence c D termination de la tension de demi onde R gler U 0 V et tracez au crayon vert les franges sombres de la figure d interf rence sur la feuille de papier Lentement augmenter la tension U et noter chaque fois les valeurs pour lesquelles les franges d interf rence som bres et c
9. laires sont exactement sur les marques trac es Exemple de mesure et exploitation a D monstration de la bir fringence A la rotation de la cellule de Pockels autour de l axe du faisceau la figure d interf rence est entra n e et tourne aussi L axe r el du premier faisceau d hyperboles est alors toujours parall le l axe optique du cristal c d la direction de l index Le contraste clair sombre est maximum lorsque l angle entre l axe optique et l analyseur s l ve 45 Le champ visuel s assombrit lorsque l axe optique est parall le ou perpendicu laire l analyseur P5 4 5 1 LEYBOLD Fiches d exp riences de physique b D monstration de l effet Pockels En cas de choix appropri du signe de la tension les franges d interf rence sombres du premier faisceau d hyperboles axe r el des hyperboles parall le l axe optique du cristal se rapprochent du centre avec une tension croissante alors que celles du deuxi me faisceau d hyperboles s en loignent Les deux hyperboles avec la diff rence de marche A1 m 1 ont migr au centre pour une tension U4 voir fig 5 le centre est donc sombre Si la tension continue d tre aug ment e les deux hyperboles passent au deuxi me faisceau hyperboleso elles augmentent continuellement Pour une tension U gt les deux hyperboles suivantes passent par le centre au deuxi me faisceau d hyperboles pour une tension U3 les hyperboles suivantes
10. physique P5 4 5 1 Mat riel 1 cellule de Pockels 47290 1 alimentation haute tension 10 kV 521 70 1 laser He Ne polarisation rectiligne 471840 1 lentille dans monture f 5mm 46001 1 lentille dans monture f 50 mm 460 02 1 filtre polarisant de 47240 1 banc d optique profil normalis 1m 460 32 5 cavaliers d optique H 60 mm b 36 mm 460353 1 cran translucide 441 53 aTa e EE a E dat ve 30011 1 c ble de s curit rouge 500 641 1 c ble de s curit bleu 500 642 1 c ble de s curit 10 cm 500 604 4 3 2 1 0 1 2 3 3 2 1 0 1 2 3 4 Les franges sombres de la figure d interf rence sont le r sultat de faisceaux lumineux pour lesquels la diff rence des chemins optiques du sous faisceau extraordinaire et du sous faisceau ordinaire dans le cristal est un multiple entier de la longueur d onde Ces faisceaux lumineux conservent leur polarisation lin aire initiale apr s leur passage travers le cristal et sont an antis par l analyseur Les faisceaux lumineux allant vers le centre de la figure d interf rence incident perpendiculairement la surface du cristal Pour ces faisceaux la diff rence de marche entre le faisceau ordinaire et le faisceau extraordinaire s l ve A d No Ne 1 avec d 20mm pour l paisseur du cristal en direction du faisceau
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