Présentation

Le programme de PC s’inscrit dans la continuité de la rubrique « signaux physiques » du programme de PCSI. Dans le bloc 1 on introduit les éléments spécifiques à l’émission, la propagation et la détection des ondes lumineuses. Puis les blocs 2-4 traitent essentiellement des interférences lumineuses avec un cheminement naturel du simple au compliqué : partant des trous d’Young éclairés par une source ponctuelle strictement monochromatique, on étudie ensuite l’évolution de la visibilité sous l’effet d’un élargissement spatial et spectral de la source. Le brouillage des franges précédentes sous l’effet d’un élargissement spatial conduit à montrer un des avantages de l’interféromètre de Michelson éclairé par une source étendue (franges d’égale inclinaison et franges d’égale épaisseur)en constatant expérimentalement l’existence d’un lieu de localisation des franges. L’objectif de cette partie n’est pas le calcul d’intensités de la lumière : on exploite le plus souvent les variations de l’ordre d’interférences (avec la position du point d’observation, la position du point source et la longueur d’onde) pour interpréter les observations sans expliciter l’intensité de la lumière.

L’analyse de Fourier joue un rôle important dans cette partie, d’une part dans le domaine temporel pour décomposer une onde réelle en ondes monochromatiques et d’autre part dans le domaine spatial pour décomposer le coefficient de transmission d’une mire en un fond continu plus une somme de fonctions sinusoïdales. Comme dans l’ensemble du programme de PC on se limite à une approche semi-quantitative. Il s’agit exclusivement :

– de décomposer un signal en composantes sinusoïdales sans chercher à expliciter les amplitudes et phases de ces composantes ;

– d’utiliser le fait que le spectre d’un signal périodique de fréquence f est constitué des fréquences nf avec n entier ;

– d’utiliser la relation en ordre de grandeur entre la largeur spectrale « utile » (∆ω ou ∆kx) et l’étendue caractéristique d’un signal non périodique (∆t ou ∆x).

Objectifs généraux de formation

– Faire le lien entre des descriptions complémentaires en termes de rayons lumineux et en termes d’ondes ;

– utiliser les propriétés d’un récepteur de lumière pour distinguer ce qui est accessible directement à la mesure en optique (intensité, déphasage entre deux ondes) et ce qui ne l’est pas (phase d’une onde) ;

– utiliser l’analyse de Fourier et exploiter la notion de spectre ; transposer ces notions du domaine temporel au domaine spatial ;

– prendre conscience des enjeux métrologiques en mesurant à l’échelle humaine des grandeurs temporelles et spatiales du domaine microscopique ;

– prendre conscience de l’existence de phénomènes aléatoires (temps de cohérence d’une radiation émise par une source).

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Mathieu

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