WO · Waves and optics

GRE · GRE Subject Test · GRE Physics · Sujet 3

3.1

Ondes et optique

Deux ondes lumineuses individuelles peuvent s'annuler en un point si leurs phases s'opposent.

Prérequis : 16, 17, 18, 31, 32, 33.

Analyser la superposition et l'interférence des ondes
Utiliser la diffraction, la polarisation et l'imagerie optique
Relier la phase, la fréquence et la dispersion

English	Français
coherence/kəʊˈhɪərəns/	cohérence
diffraction/dɪˈfrækʃn/	diffraction
phase difference/feɪz ˈdɪfrəns/	différence de phase

3.2

Choisir le système et le modèle

Ajouter les amplitudes des ondes, puis calculer l'intensité. L'intensité est proportionnelle au carré de l'amplitude pour le même milieu.

3.3

Utiliser la relation régissante

Une différence de marche engendre une différence de phase 2πΔ/λ. Des sources cohérentes nécessitent une phase relative stable.

3.4

Appliquer les conditions

Pour une fente unique, les minima satisfont a sin θ=mλ pour les entiers non nuls m. Une double fente possède une condition d'interférence différente.

3.5

Vérifier la conclusion

L'optique géométrique nécessite une convention de signes explicite. Les effets ondulatoires sont significatifs lorsque les ouvertures sont comparables à la longueur d'onde.

3.6

Méthode résolue

Les ondes cohérentes présentent une différence de phase stable. Ajouter les amplitudes avant de les élever au carré.

$$I=I_1+I_2+2\sqrt{I_1I_2}\cos\delta.$$

Pour des intensités individuelles égales I0 et une différence de marche d'un quart de longueur d'onde,

$$\delta=2\pi\Delta/\lambda=2\pi(\lambda/4)/\lambda=\pi/2.$$

$$I=2I_0(1+\cos\delta)=2I_0(1+\cos(\pi/2))=2I_0.$$

Ceci correspond ni à un maximum ni à un minimum. Une phase relative aléatoire élimine le terme croisé dans une moyenne temporelle longue ; la cohérence stable est une condition physique, et non une convention graphique.