Optique

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Schéma représentant des lentilles optiques. Les lentilles violet sont convexes. Celle en bleu est concave.

L'optique est une science qui étudie la lumière et ses relations avec la vision.

Celui qui étudie l'optique et qui fabrique ou vend des verres ou des lentilles de contact s'appelle l'opticien.

Dans un sens plus large, l'optique étudie les propriétés de la lumière, la manière dont elle interagit avec la matière, et les propriétés de sa propagation.

L'optique trouve des applications en astronomie, en photographie et en médecine.

L'optique permet de comprendre le fonctionnement d'un miroir, des rayons lasers, de la fibre optique, du diaphragme des microscopes optiques et des télescopes.

Phénomènes optiques

Lois de Snell-Descartes (réflexion et réfraction)

Il existe 3 lois de Snell-Descartes :

1. Le rayon réfracté, le rayon incident et la normale appartiennent au même plan.
2. Les angles d’incidence et de réflexion sont égaux.
3. Les angles d’incidence et de réfraction sont reliés par la relation suivante : $n1\times sin(i1)=n2\times sin(i2)$où n1 est l'indice de réfraction du milieu 1, n2 du milieu 2 et i1 et i2 les angles d'incidence et de réfraction.

L'indice est la propriété d'un matériau exprimée grâce au calcul

$n=c÷v$

où n est l'indice de réfraction, c la vitesse de la lumière dans le vide (300 000 km/s) et v la vitesse de la lumière dans ce matériau (dépend du matériau et de la longueur d'onde de la lumière).

• 
  On voit que le rayon est réfléchi selon le même angle dans la direction opposée.

Fenêtre de Snell

On observe la fenêtre de Snell : sur les bords de l'image, les rayons lumineux attaquent le dioptre air-eau avec un angle trop aigu : ils ne le traversent plus et on observe seulement une réflexion du fond de l'eau. La fenêtre de Snell se situe donc au centre, là où l'on peut observer en dehors de l'eau.

Au delà d'un certain angle d'attaque, un rayon lumineux ne traversera plus un dioptre (zone de contact entre deux milieux différents). Ce phénomène se nomme la fenêtre de Snell.

Dispersion

Fichier:The Dark Side of the Moon Cover.svg

Illustration de la diffraction par un prisme triangulaire sur la pochette de l'album Dark Side of the Moon de Pink Floyd

La lumière blanche est en fait composée de plusieurs couleurs, connues comme les couleurs de l'arc-en-ciel. Il arrive qu'en traversant certaines surfaces, la lumière blanche se "décompose" : c'est ce qui se passe entre la lumière du soleil et les gouttes d'eau lors d'un arc-en-ciel. On peut aussi retrouver ce phénomène en regardant un DVD.

Réfraction

Article à lire : Réfraction

On peut observer ce phénomène lorsque l'image d'un objet (ici un pinceau) placé dans l'eau parvient à nos yoeux en passant par l'air : le pinceau semble cassé, "décalé"

La réfraction est la déviation d'un faisceau lumineux qui passe d'un milieu à un autre (d'une matière à une autre, par exemple air → eau).

Elle est le principe de base des systèmes optiques des plus simples (lunettes de vue, loupes) aux plus complexes (objectifs d'appareils photographiques).

On calcule la réfraction à l'aide de 3 informations :

• L'angle d'attaque du rayon (angle d'incidence)
• L'indice de réfraction du milieu 1 (provenance)
• L'indice de réfraction du milieu 2 (destination)

L'indice de réfraction correspond au rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide (300 000 km/s) et la vitesse de la lumière dans le milieu étudié. Il dépend des propriétés physiques du milieu danns lequel le faisceau lumineux circule mais aussi de la lonqueur d'onde du faisceau. Pour simplifier les calculs, l'indice de chaque matériau est connu et référencé.

On calcule l'angle de réfraction grâce à la fonction suivante : $f(i_1;n_1;n_2)=\arcsin \frac{(n_1\times \sin (i_1\times \frac{\pi }{180}))}{(n_2)}÷\frac{\pi }{180}$

Où $i_1$ est l'angle d'attaque du faisceau lumineux (en degrés), $n_1$l'indice de réfraction du milieu 1 (provenance du faisceau) et $n_2$l'indice de réfraction du milieu 2 (destination du faisceau).

Les angles sont en degrés.

Aberrations optiques

Dans la photographie mais aussi le cinéma, l'optique occupe une place de choix : ses principes s'appliquent à tous les objectifs. Aussi, des défauts nommés Aberrations optiques frappent la plupart de ces objectifs.

Aberrations chromatiques

Comme expliqué ci-dessus, les faisceaux sont réfraction différemment selon leur longueur d'onde. Le problème est que toutes les couleurs sont des mélanges de couleurs. Sans traitement des lentilles d'un objectif (verre traité ou doublets/triplets apochromatiques : ensemble de lentilles combattant l'aberration), des lignes de couleur pourront être observées en bordure d'un objet photographié.

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  On voit que le rouge, le vert et le bleu composant un faisceau blanc sont séparés en trois faisceaux distincts
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  Effets d'une aberration chromatique sur une image: on observe des lignes rouges sur la gauche des branches et des lignes bleues sur leur droite.

Voir aussi

Liens internes

• Relation de conjugaison