OPTIQUEOptique électronique
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Les lentilles électroniques
Les lentilles électroniques à symétrie de révolution (ou lentilles rondes) sont apparues les premières ; elles sont très largement utilisées dans les appareils destinés à former des images agrandies ou réduites d'objets réels, ou de diaphragmes sources, et à mettre en forme des faisceaux de particules ayant la même symétrie. On distingue les lentilles électrostatiques et magnétiques. Apparues en 1952, les lentilles à symétrie quadrupolaire (encore appelées « à focalisation forte ») ont permis la focalisation et le transport de faisceaux de particules de très haute énergie.
Lentilles électrostatiques
Une lentille électrostatique est formée d'électrodes métalliques, percées suivant leur axe commun d'un trou circulaire permettant le passage du faisceau, et portées à des potentiels fixes ou réglables. En utilisant différentes méthodes de calcul (analytiques, ou sur ordinateur) ou des méthodes analogiques, il est possible de connaître la répartition de potentiel Φ(r, z) dans l'espace interélectrode et la fonction Φ0(z) = Φ(0, z), représentant la variation de potentiel sur l'axe optique. La connaissance de Φ0(z) suffit pour déterminer les propriétés optiques de la lentille, employée dans les conditions de l'optique de Gauss : trajectoires peu inclinées sur l'axe, et restant dans une région très proche de cet axe. Dans ces conditions, Φ(r, z) peut se mettre sous la forme simplifiée :
La particule incidente est soumise à l'action du champ électrique dont les composantes axiale et radiale sont données par :
En tout point, la force radiale agissant sur la particule fr = eEr est proportionnelle à la distance à l'axe r ; son sens dépend du signe du Φ0″(z). La trajectoire gaussienne r(z) est obtenue par résolution de l'équation :
L'examen de l'équation précédente permet de déduire des propriétés importantes de ces lentilles : l'équation différentielle est linéaire, ce qui entraîne la pro [...]
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Écrit par :
- Albert SEPTIER : docteur ès sciences, agrégé de l'Université, professeur au Conservatoire national des arts et métiers, Paris
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« OPTIQUE » est également traité dans :
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Toute classification des domaines de l'optique est en partie arbitraire et comporte de nombreux recouvrements. L'optique géométrique s'appuie essentiellement sur la notion de rayons lumineux susceptibles de fournir des images qu'on observe à l'aide de lunettes ou de microscopes, qu'on enregistre par photographie ou qu'on forme sur d'autres […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-principes-physiques/
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Les « pièces optiques » (lentilles et parfois miroirs), seules ou convenablement associées – on dira dans tous les cas les « systèmes optiques » –, permettent d'obtenir d'un objet, lumineux par lui-même ou parce qu'il est convenablement éclairé, une image destinée à agir sur un récepteur tel que l'émulsion photographique ou, le plus souvent, l'œil. Qu'elle soit réelle (observab […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-images-optiques/
OPTIQUE - Optique cohérente
Tous les expérimentateurs, de l'étudiant au prix Nobel, savent combien il est difficile de produire des franges d'interférence. L'homme de la rue, lui, sait bien que ce n'est pas un phénomène d'observation courante. De la réflexion sur cet aspect particulier de l'optique, surtout depuis la fin du xixe siècle, s'est peu à peu dégagée la notion de cohér […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-coherente/
OPTIQUE - Optique instrumentale
On appelle « instrument d'optique » tout système formant l'image d'un objet sur un ou plusieurs récepteurs sensibles à la lumière et dont le rôle est de percevoir ou d'exploiter cette image. Par exemple, une lunette comporte plusieurs lentilles formant l'image et un récepteur associé, généralement l'œil ; la cinématographie fait intervenir deux instruments, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-instrumentale/
OPTIQUE - Optique non linéaire
L'optique non linéaire est l'ensemble des phénomènes qui résultent de la non-linéarité de la réponse d'un milieu matériel à l'action d'une onde électromagnétique du domaine optique. Elle est une conséquence de l'invention du laser : le premier exemplaire a été construit en 1960 ; la première expérience d'optique non linéaire fut faite en 1961 (génération de second harmonique) ; dès 1962, la plupar […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-non-lineaire/
BABINET THÉORÈME DE
Considérons une source lumineuse ponctuelle A dont un système optique donne une image ponctuelle A′. Limitons maintenant l'ouverture du système soit par un écran percé d'un petit trou T, soit par l'écran complémentaire E, c'est-à-dire ayant la forme du trou T. Autour de A′, dans une région normalement non éclairée, on observe une figure de diffraction. Babinet a démontré que les anneaux de diffrac […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theoreme-de-babinet/#i_21090
CHAMBRE NOIRE ou CHAMBRE OPTIQUE, reproduction graphique
L'invention de la camera oscura (chambre obscure dite aussi chambre noire) comme moyen de reproduction d'une image et son exploitation perspective remonte à des temps très anciens. Déjà Aristote, dans ses Problematica avait fait remarquer que les rayons passant par une ouverture constituaient une image dont la grandeur augmentait à mesure que s'accroissait la distance à partir de l'ouverture. Dè […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chambre-noire-chambre-optique/#i_21090
CINÉMASCOPE
Le premier des procédés de film large projeté sur grand écran qui ait connu un grand succès commercial ( La Tunique , de H. Koster, 1953). Le Cinémascope est fondé sur un procédé optique très ancien, l'anamorphose, qui, par un jeu de miroirs et de lentilles, comprime l'image dans le sens vertical et la restitue ensuite dans sa largeur normale. Le physicien et inventeur français Henri Chrétien (187 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cinemascope/#i_21090
COULEUR
Les radiations lumineuses perçues par notre œil se distinguent non seulement par leurs intensités, mais aussi par des caractéristiques qualitatives, leurs couleurs, qui n'ont d'abord été définies que par des comparaisons souvent grossières : les lumières comparables à celle du jour sont dites blanches, celles qui nous viennent de la plupart des feuilles au printemps sont vertes... Les mêmes adject […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/couleur/#i_21090
DIAPHRAGME, optique
Dispositifs mécaniques qui limitent l'étendue du faisceau lumineux d'un système optique. On distingue deux diaphragmes : le diaphragme de champ, qui définit les dimensions de l'image, et le diaphragme d'ouverture, qui contrôle l'angle du cône des rayons lumineux qui concourent à former cette image. Dans les objectifs photographiques, le diaphragme de champ est tout simplement le cadre de l'émulsio […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/diaphragme-optique/#i_21090
DIFFRACTION, physique
Écart, par rapport aux lois de l'optique géométrique (propagation rectiligne, etc.), de la propagation des ondes (acoustiques, optiques, etc.), en présence d'un obstacle ou, plus généralement, modification de la propagation libre des ondes dont la longueur d'onde n'est pas négligeable devant les dimensions de l'obstacle. En physique ondulatoire, à l'approximation « géométrique », il n'y a propagat […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/diffraction-physique/#i_21090
DIFFUSEUR, optique
Surface non lumineuse par elle-même et qui diffuse tout le flux qu'elle reçoit, sans aucune absorption, suivant la loi de Lambert, c'est-à-dire que sa luminance est la même dans toutes les directions, quelle que soit l'orientation du flux incident. Éclairée en lumière blanche, une telle surface apparaît blanche et mate. L'oxyde de magnésium est l'un des meilleurs diffuseurs connus. Soit I 0 l'int […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/diffuseur-optique/#i_21090
DISTORSION, physique
Étant donné un dispositif transmettant un signal mécanique, électrique ou optique (par exemple, un amplificateur), on appelle distorsion toute déformation du signal de sortie par rapport au signal d'entrée. D'après le théorème de l'intégrale de Fourier, les deux signaux peuvent toujours être décomposés en oscillations harmoniques dont les amplitudes et les phases sont en général des fonctions de l […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/distorsion-physique/#i_21090
DOUBLET, optique
Combinaison de deux lentilles dont les paramètres (rayons de courbure des faces, indice des verres et courbes de dispersion) sont choisis de manière à annuler une (ou plusieurs) des aberrations, le plus souvent l'aberration chromatique. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/doublet-optique/#i_21090
EBBESEN THOMAS (1954- )
Physico-chimiste franco-norvégien, Thomas Ebbesen est connu pour ses travaux interdisciplinaires en nanosciences, traitant de divers domaines allant des sciences des matériaux carbonés à l’optique en passant par la chimie moléculaire. Ses découvertes pionnières et fondamentales pour la compréhension des interactions lumière-matière lui ont permis de recevoir, en 2019, la médaille d’or du CNRS. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thomas-ebbesen/#i_21090
ÉQUATIONS AUX DÉRIVÉES PARTIELLES (notions de base)
Beaucoup de phénomènes peuvent être décrits par une fonction. Par exemple, le déplacement d’un mobile dans l’espace peut être défini par une fonction f ( x , y , z ) où les coordonnées x , y et z correspondent à tous les points de l’espace occupés par le mobile traçant ainsi sa trajectoire. La dérivée (opération mathématique) de cette fonction f a une signification concrète : elle donne la v […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/equations-aux-derivees-partielles-notions-de-base/#i_21090
ÉVANESCENTES ONDES
Ondes électromagnétiques qui se créent à proximité de la surface d'un milieu, se propagent parallèlement à cette surface et s'amortissent très rapidement à l'intérieur du milieu. Lorsque la lumière passe d'un milieu transparent d'indice de réfraction n 1 à un autre milieu transparent d'indice n 2 , on observe un faisceau transmis et un faisceau réfléchi qui obéissent aux lois de Descartes : i ′ = […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-evanescentes/#i_21090
FORME
Dans le chapitre « Caustiques et optique écologique » : […] D'abord, on peut donner raison à Gibson en ce qui concerne l'idée que des discontinuités constitutives de morphologies peuvent être véhiculées par la lumière. Nous considérerons le cas le plus simple, celui des caustiques. Dans l'approximation de l'optique géométrique dans un milieu homogène et isotrope, les caustiques sont faciles à décrire. Soit S 0 une surface émettrice de rayons lumineux, c'e […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/forme/#i_21090
FRESNEL LENTILLES DE
Il serait impossible de fabriquer des lentilles de très grandes dimensions ou à très forte courbure à l'aide de techniques courantes. Fresnel proposa de remplacer le bloc de verre unique par une lentille centrale entourée d'anneaux et de segments d'anneaux de verre prismatiques, calculés et assemblés de manière à présenter un foyer optique commun. Tous les phares maritimes sont équipés de lentille […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lentilles-de-fresnel/#i_21090
IMAGE ANIMÉE
Dans le chapitre « La fantasmagorie » : […] La technique des projections lumineuses et animées évolue très vite. Durant les années 1790, des physiciens imaginent un nouveau genre de spectacle lumineux, la fantasmagorie, qui renoue avec le passé sulfureux de la lanterne de peur. De grandes séances d’images lumineuses, animées, en couleurs et sonores, sont données à Paris à partir de 1792, par le magicien Paul Philidor puis par Étienne-Gaspar […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/image-animee/#i_21090
INTERFÉRENCES LUMINEUSES
Dans le chapitre « Vibrations lumineuses » : […] Augustin Fresnel a été le premier à expliquer les phénomènes de l'optique physique en admettant que la lumière est constituée par des vibrations transversales ; il assimilait les vibrations lumineuses aux vibrations élastiques transversales des solides. Cette dernière hypothèse aboutit à de nombreuses contradictions qui ont conduit à remplacer la théorie mécanique de Fresnel par la théorie électr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interferences-lumineuses/#i_21090
LUMIÈRE
Dans le chapitre « Optique géométrique » : […] C'est la plus ancienne des approches de la lumière, qui étudie son trajet et la formation des images. Dès l'Antiquité, Euclide rédigeait un traité d'optique comportant les notions de rayon lumineux, de propagation rectiligne et le principe de « retour inverse » de la lumière. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/#i_21090
MÉDAILLE D'OR DU CNRS 2017
Dans le chapitre « Alain Brillet, un expérimentateur imaginatif » : […] Alain Brillet, physicien français, est un spécialiste de l’optique . Il est né le 30 mars 1947 à Saint-Germain-en-Laye (Yvelines). Diplômé de l’École supérieure de physique et chimie industrielles (ESPCI) de la ville de Paris, il entre en 1970 au CNRS où il sera directeur de recherche à partir de 1982, après avoir travaillé au sein de l’université Paris-Sud (Orsay), puis à l’université Nice-Sophia […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/medaille-d-or-du-cnrs-2017/#i_21090
MICRODENSITOMÈTRE
Instrument qui mesure la densité optique d'une petite surface plus ou moins transparente, généralement un film ou une plaque photographique. Il comprend de nombreux éléments optiques. Une source lumineuse intense sert à éclairer une fente optique réglable très petite (quelques micromètres) qui est optiquement conjuguée avec un point de la surface à densitométrer. Le flux lumineux sortant excite un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microdensitometre/#i_21090
MOIRÉ FRANGES DE
Une suite de bandes alternativement opaques et transparentes constitue un réseau d'amplitude. Superposons deux réseaux identiques à pas constant. Supposons que l'un de ces réseaux soit fixe et l'autre solidaire d'un élément mobile et que le mouvement ait lieu perpendiculairement à la direction des traits. Si la direction des traits de l'un des réseaux fait un angle α faible avec la direction des t […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/franges-de-moire/#i_21090
MONOCHROMATISME
Caractère d'une vibration représentée par une fonction sin 2πν t , cos 2πν t ou exp 2 iπνt du temps t , où ν est la fréquence. En physique des vibrations, la vibration monochromatique joue le rôle d'une vibration élémentaire, puisque tout phénomène, périodique ou apériodique, peut être analysé en composantes monochromatiques ou synthétisé à partir d'elles (série de Fourier, intégrale de Fourier) […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/monochromatisme/#i_21090
ONDES, physique
Dans le chapitre « Diffraction » : […] Le phénomène de diffraction est la modification des caractéristiques d’une onde qui rencontre un obstacle. Il est commun à tous les types d’ondes mais est particulièrement intéressant dans le cas optique, où il se présente comme une perte de netteté des contours de l’image d’un objet éclairé. Il est la cause principale de la limite de performance des microscopes optiques. Incompatible avec la des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-physique/#i_21090
PHOTOMÉTRIE
La photométrie proprement dite s'occupe de la comparaison quantitative des lumières (émises par des sources, transportées par des faisceaux ou agissant sur des récepteurs), d'après leur perception par l'œil. Elle est dite objectivement homochrome si les lumières étudiées ont toutes la même couleur, leurs compositions spectrales étant en outre identiques ou très voisines. Si ces compositions spect […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/photometrie/#i_21090
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2018
Dans le chapitre « La technique d’amplification à dérive de fréquence des lasers intenses » : […] Si, en 1960, les premiers lasers fonctionnaient de manière continue, les physiciens ont rapidement trouvé le moyen de créer des impulsions de lumière d’une durée d’abord de l’ordre de la nanoseconde (10 -9 seconde), puis de la picoseconde (10 -12 seconde) et de la femtoseconde. À la simple cavité laser succède alors la notion de chaîne laser qui comprend un laser initial fournissant un train d’i […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2018/#i_21090
STROBOSCOPIE
Technique permettant la visualisation de phénomènes périodiques matériels trop rapides pour être suivis par l'œil. Elle utilise une lampe émettant, à la fréquence f voisine de celle du phénomène F, des éclairs de durée beaucoup plus courte que la période du phénomène à étudier (afin que le mouvement observé soit insensible pendant la durée des éclairs). Entre deux éclairs, la pièce en mouvement a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/stroboscopie/#i_21090
TAVELURE EFFET DE, physique
Voir à travers un matériau opaque est un défi qui excite l'imagination. Une équipe de chercheurs de l'université Twente à Enschede (à l'est des Pays-Bas) a réalisé un montage original qui exploite les propriétés des images obtenues par illumination d'un objet fluorescent . L'idée de ces physiciens est d'analyser la « configuration tavelée », qui caractérise l'image formée par la diffusion d'un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-de-tavelure-physique/#i_21090
Voir aussi
Pour citer l’article
Albert SEPTIER,
« OPTIQUE -