Histoire de l'optique

« augmente donc jusqu'à être égal à 90".

Puis le rayon lumineux remonte, l'air qu'il traverse a un n de plus en plus grand et donc l'angle i diminue et le rayon remonte de plus en plus.

Une personne voyant ce rayon lumineux bleu venir du sol aura l'impression de voir de l'eau alors qu'en réalité c'est le ciel qu'elle voit ! Plus surprenant encore est le mirage du pôle car l'observateur voit au contraire des objets se trouvant à la surface de l'eau flotter dans le ciel.

lA FIBRE OPTIQUE La fibre optique est un outil de plus en plus utilisé et dont le principe de fonctionnement repose entièrement sur les deux lois de Descartes.

Intéressons- nous à nouveau à la loi de Descartes pour la réfraction : n, x sinus{i) = n2 x sinus(r).

La fonction sinus ne prennant que des valeurs inférieures à 1, on s'aperçoit que pour que sinus(r) soir plus petit que 1, il faut impérativement que sinus{i) soit plus petit que n,jn1• Or si n1 est plus grand que n,.

ce résultat n'est possible pour toutes les valeurs dei: il existe donc un angle maximal qui, s'il est dépassé, empêche la réfraction.

C'est-à-dire qu'un rayon arrivant de façon trop rasante à la surface d'un milieu de plus petit indice de réfraction sera entièrement réfléchi : on dit que le rayon est sorti du cône de réfraction du second milieu.

C'est cette propriété qui est utilisée dans les flbrts optiques : les fibres • ��� .

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optiques sont constituées d'un cœur et d'une gaine d'indice de réfraction moins élevé.

Pour qu'un rayon lumineux soit transmis d'une extrémité à l'autre de la fibre, il faut qu'à chaque fois qu'il s'écarte du cœur de la fibre, il soit intégralement réfléchi par la gaine .

Pour cela, il faut impérativement que le rayon lumineux reste toujours en dehors du cône de réfraction de la gaine.

Pour une fibre à peu près rectiligne, comme celles utilisées à l'intérieur de certains composés électroniques, il suffit que le rayon lumineux soit correctement émis à l'entrée de la fibre optique.

Les choses se compliquent pour les fibres destinées à être courbes car Angle de �i l�ncidence de Brewster Rayon incident non polarisé Rayon réfléchi non polarisé l'angle de courbure de la fibre peut faire entrer le rayon lumineux dans le cône de réfraction de la gaine et perdre le signal.

En s'Inspirant de l'explication des mirages, l'idée de faire des fibres à gradient d'indice est apparue.

Dans le cœur de ces fibres d'une nouvelle génération, l'indice de réfraction est de plus en plus petit au fur et à mesure que le rayon lumineux s'éloigne du cœur de la fibre : ainsi on s'assure que le rayon, s'ill'attein� arrive toujours de façon très rasante à la surface de la gaine et est donc systématiquement intégralement réfléchi par celle-ci.

La fibre optique permet donc de faire suivre des chemins très sinueux à la lumière ce qui peut être intéressant esthétiquement mais qui est surtout utile en médecine (éclairage de l'intérieur du corps pour les endoscopies, pulvérisation de tumeur au laser ...

) et dans les télécommunications car la lumière se propageant beaucoup plus vite que l'électricité, elle permet un très gros débit d'informations.

l'INCIDENCE DE BREWSTER Bien que les lois de Descartes permettent d'expliquer un très grand nombre de phénomènes ou de grandes avancées technologiques, il ne faut pas penser que l'optique n'a pas évolué depuis le XVII' siècle.

Bien au contraire, la vision ondulatoire de la lumière, pour s'Imposer au XIX' siècle a dO redémontrer les lois de Descartes Gusqu'alors purement expérimentales) et les améliorer.

En 1810, le physicien Étienne Malus {1775- 1812), découvrit le phénomène de polarisation de la lumière en observant la réflexion du Soleil couchant sur ses fenêtres et celles du palais du luxembourg se trouvant en face de sa chambre à l'observatoire.

C'est plus tard en Rayon réfléchi polarisé 90 ° Descartes pour la réflexion.

qui aurait été utilisée par Archimède (microscope, lasers, etc).

Leurs Si on considère le rayon incident qui a bougé ses miroirs de sorte que propriétés si utiles s'expliquent comme une onde non polarisée, ce qui leurs foyers soient sur la coque des toutes grâce à la loi de Descartes sur est le cas pour toutes les lumières navires.

Selon qu'un objet se trouve la réfraction.

naturelles, on peut la voir comme étant devant ou derrière le foyer du miroir, la somme de deux ondes polarisées, son image peut-être agrandie ou LENTILLES CONVERGENTES/ l'une selon une direction parallèle au rétrécie et être projetée plus ou moins LENTILLES DIVERGENTES plan d'incidence et la seconde lui étant loin.

De plus ces miroirs permettent de Il existe deux types de lentilles : perpendiculaire.

l'amélioration qu'ont recréer des images dites virtuelles qui • les lentilles convergentes concentrent apporté Malus et Brewster a consisté à sont du côté opaque du miroir : ces en un point appelé point focal image montrer que ces deux ondes ne se images n'existent pas en tant que telles tous les rayons lumineux provenant de réfléchissent pas de la même façon.

Si car si on se place derrière le miroir on l'infini et envoient à l'infini l'image d'un on note s11 et S .L les intensités des deux ne voit bien entendu rien mais si on objet se trouvant au point focal objet ; composantes du rayon incident et s·11 et place un autre miroir du côté • les lentilles divergentes fonctionnent S'.L celles du rayon réfléchi, on a alors : réfléchissant du premier, alors l'image sur le même principe mais ont S'11=- s11tan(i-r)jtan(i+r) et qu'il renvoie se crée comme s'il lui leurs deux points focaux inversés et S'.L =- S.Lsin(i-r)/ sin(i+r) envoyait cette image virtuelle.

élargissent donc les rayons provenant avec i étant l'angle d'incidence et r de l'infini.

l'angle de réfraction.

Ce résultat est lEs MIROIRS CONVEXES Des constructions géométriques assez intéressant car il est le premier à tenir Les miroirs convexes fonctionnent simples permetten� grâce à la loi compte de l'intensité lumineuse du exactement sur le même principe à ceci de la réfraction , de calculer la taille rayon lumineux et surtout il fait et le lieu de l'image d'un objet ne se apparaître une valeur particulière dei, trouvant pas à l'infini.

La plupart des appelée incidence de Brewster, telle lentilles fonctionnent aussi bien dans que s·11 soit nulle.

Le rayon réfléchi un sens que dans l'autre et elles d'une lumière non polarisée est alors permettent de faire des montages polarisé ! Ce résultat est une preuve du complexes reposant sur des caractère ondulatoire de la lumière et il associations de divers types de lentilles.

permet de nombreuses applications par exemple en photographie où on utilise près qu'en ce qui les concerne, c'est des polariseurs pour éliminer les reflets.

la face extérieure de la sphère qui est réfléchissante et le foyer se trouve du i!!JMU4ti côté opaque du miroir, c'est-à-dire que les rayons lumineux réfléchis ne passent pas réellement par le foyer La légende prétend qu'Archimède mais sont portés par la droite passant aurait incendié la flotte romaine par ce point.

De même que les attaquant Syracuse en faisant converger miroirs concaves, les miroirs convexes La lunette astronomique, utilisée les rayons solaires sur les coques permettent d'obtenir des images pour étudier les astéroides et les des bateaux à l'aide de grands miroirs agrandies ou rétrécies et projetées comètes, et le microscope sont appelés « miroirs ardents».

Que plus ou moins loin mais les images des exemples de montages qui cette histoire soit vraie ou non et que qu'ils forment sont toujours virtuelles.

agrandissent une image et la projettent cette action ait ou non eu un impact à l'infini.

sur l'issue de la guerre entre Rome et APPLICATIONS DES MIROIRS SPHtRIQUES l'œil fonctionne comme une lentille Syracuse n'est pas important.

Ce qu'il Les miroirs sphériques ne sont jamais convergente dont le point focal est faut retenir de cette histoire c'est que utilisés seuls mais dans des montages modifié par les muscles qui courbent bien avant d'avoir la moindre idée de faisant intervenir plusieurs miroirs des plus ou moins le cristallin ce qu'est la lumière, les hommes ont deux types.

Le montage le plus répandu (accomodation).

La myopie et cherché à la maîtriser et à l'utiliser.

est celui du télescope de Cassegrain., l'hypermétropie correspondent à des Dans l'Antiquité, les Égyptiens comme par exemple le Cassegrain· puissances de convergence trop fortes maîtrisaient la fabrication des miroirs et focus telescope à la station de ou trop faibles.

Les astigmates ont une cette technique n'a eu de cesse de dissymétrie de l'œil qui empêche s'améliorer jusqu'à nos jours.

Si les l'image de se former correctement.

Les miroirs plats sont communément presbytes quant à eux ont les muscles présents dans la vie courante, il existe qui fatiguent et n'arrivent plus à également des miroirs sphériques ou accomoder.

paraboliques dont les propriétés sont extrêmement utiles aux astronomes.

LENTILLES GRAVITATIONNELLES Il est remarquable que les lois de Descartes, pourtant vieilles de plus de Xinglong de l'observatoire de Beijing.

350 ans contribuent encore aujourd'hui Un télescope est constitué d'un miroir aux découvertes scientifiques les plus concave, l'image d'un objet à l'infini poussées.

En elfe� la théorie de la se forme au foyer du miroir.

Pour relativité d'Einstein explique que la observer cette image, il est nécessaire lumière a un support : l'espace-temps d'utiliser un autre miroir.

On place qui est déformable par les masses.

On un miroir sphérique convexe entre peut dans certains cas considérer la le sommet et le foyer du premier.

déformation de l'espace-temps Il faut alors pratiquer une ouverture comme étant un ensemble de milieux au sommet du premier miroir pour où la lumière se propage à des vitesses laisser passer la lumière.

différentes et on peut ainsi lui appliquer Descartes sur la réflexion permet Les miroirs des télescopes utilisés la loi de Descartes sur la réfraction.

d'expliquer les propriétés intéressantes dans les observatoires peuvent avoir C'est ainsi qu'on explique certains de ces miroirs : tous les rayons un diamètre de l'ordre de 1 à 3 rn phénomènes troublants qu'on provenant de l'infini ou d'une distance et pèsent plusieurs tonnes.

On utilise appelle aberrations gravitationnelles très grande devant les dimensions du également de nombreux miroirs où de grandes masses (galaxies, miroir, sont réfléchis par le miroir paraboliques et hyperboliques.

trous noirs) jouent le rôle de lentilles, concave de sorte qu'ils passent par un souvent non symétriques ce qui point particulier appelé foyer du ljijWiii!jij explique qu'on voit parfois plusieurs miroir : ce point se trouve toujours sur images d'un même objet céleste.

la droite reliant le sommet du miroir au On peut donc supposer que les lois de centre de la sphère.

C'est cette Les lentilles sont les optiques les l'optique ont encore de beaux jours propriété, rigoureusement valable pour plus utilisées de nos jours, tant dans devant elles car elles sont simples et les miroirs paraboliques et de manière la vie courante (lentilles ophtalmiques, permettent d'expliquer de nombreux approchée pour les miroirs sphériques, lunettes) que par les scientifiques phénomènes !. »