Franges et spectres produits par les réseaux

On doit à Frauenhofer une série, d’observations extrê-* mement curieuses sur les phénomènes que présente la lumière en traversant des réseaux de diverses formes. Ses découvertes sur ce point important de la dillrajction offrent -encore aujourd’hui un très-haut degré d’intérêt, bien qu’elles soient devenues des conséquences nécessaires du système des ondulations, et l’analyse que nous en allons faire donnera une idée de l’esprit d’invention et de l’admirable exactitude de cet habile observateur.

Les réseaux parallèles se composent de petits intervalles transparens ou réflecteurs , égaux entre eux et parallèles, séparés par d’autres intervalles pareillement égaux entre eux et parallèles, mais qui doivent arrêter la lumière sans la transmettre ni la réfléchir régulièrement.

Ainsi, des traits parallèles et équidistans tracés au diamant 011 avec une pointe sur une surface polie forment un

DIFFRACTION ET INTERFERENCES. — CHAP. VI, 44^

véritable réseau 5 le sillon du trait lui-même ]en est là partie opaque. Il faut seulement qu’ils soient assez rapprochés pour que l’on puisse en compter vingt, trente, cinquante , ou même plusieurs centaines dans la largeur de 1 millimètre. Si ces traits ont été faits sur des lames transparentes à faces parallèles , les effets du réseau peuvent être observés par transmission et par réflexion $ mais sur les corps opaques on ne peut les observer que par réflexion.

On peut encore faire des réseaux , comme Frauenhofer avait fait d’abord, soit en collant des feuilles d’or sur un verre parallèle , pour enlever ensuite cette couche opaque de distance en distance avec une pointe très-fine, soit en enroulant des cheveux , des fils de soie ou des fils métalliques sur deux vis parallèles à filets très-fins , et parfaitement égales, maintenues par des traverses à la distance d’un ou de plusieurs centimètres.

Voici maintenant le mode d’observation que Frauenhofer avait adopté, et les résultats généraux auxquels il est parvenu :

La lumièresolaire, réfléchie horizontalement parle miroir d’un liéliostat, entre dans la chambre noire par une petite ouverture, tantôt par un trou rond, tantôt par une fente verticale formée par deux biseaux adaptés au volet. Cette fente est, par exemple, de 5 ou G centimètres de hauteur sur une largeur d’environ 2 ou 3 dixièmes de millimètre.

A une distance assez grande du volet est un théodolite ou un instrument quelconque portant une lunette horizontale et propre à mesurer les angles. Nous supposerons que celte lunette t (Fig. 285) se meuve autour d’un axe vertical passant en v à quelques pouces au-devant de l’objectif ; c'est sur l’exti'émité de cet axe , c’est-à-dire sur un plateau fixe pp', au centre duquel il passe , que l’on ajuste le réseau RR' de manière que ses fils soient verticaux. Le trait horizontal de lumière blanche tombe perpendicu-

lairement sur le réseau , le traverse et vient pénétrer dans l’objectif de la lunette, qui ne doit recevoir aucune autre lumière. Alors, en regardant par l’oculaire, on observe le phénomène curieux représenté dans la figure 286.

-8ri° La fente A du volet paraît au milieu', éclairée d’une lumière blanche, ayant ses bords parfaitement tranchés , comme si le réseau n’existait pas, et de chaque côté les apparences sont exactement symétriques.

2° Après l’obscurité complète t qui environne l’image de la fente, parait un brillant spectre n'c', ayant le violet en dedans, vers h', et le rouge en dehors, vers c' 5 là il se termine vers un espace obscur t'.

3° Au delà de t' paraissent à la suite les uns des autres plusieurs spectres de diverses intensités , occupant les espaces hV, rV", f""d,w, etc. , ayant tous , comme le premier, le violet en dedans et le rouge en dehors *, seulement le rouge du deuxième tombe sur le violet du troisième, le rouge de celui-ci sur le violet du quatrième, etc.

4° Ceux de ces spectres qui sont assez étalés et assez brillans font voir les mêmes raies noires que le spectre solaire direct (544) on y distingue avec une grande netteté ces raies caractéristiques que nous avons désignées parles lettres c, d,e, f, g (fig. 23 1) ; mais , chose remarquable, les rapports de leurs distances mutuelles sont changés.

5° Si l’on considère la même raie dans les différens spectres , la raie F , par exemple (qui est marquée f' dans le premier, f" dans le deuxième, etc.), on trouve que dans le deuxième sa distance au milieu A de l’image totale est double de ce qu’elle est dans le premier, puis triple dans le troisième, quadruple dans le quatrième, etc. ; d’où il résulte évidemment que les mêmes couleurs ou les mêmes raies occupent dans le deuxième spectre un espace double de celui qu’elles occupent dans le premier, triple dans le troisième , quadruple dans le quatrième , etc.

Tous ccs résultats remarquables ont été obtenus par un grand nombre d’expériences et par des mesures d’une extrême précision.

L’appareil de Frauenhofer était, comme le micromètre de Fresnel, très-propre à déterminer de petits angles et de petites distances; on voit qu’il suffisait de faire mouvoir la lunette l jusqu’à l’instant où les diverses raies venaient coïncider avec le fil micrométrique intérieur. L’angle lvi/ qu’elle parcourait était l’angle formé par le rayon diffraclé avec le rayon direct.

M. Babinet , qui a fait beaucoup de recherches intéressantes sur la lumière, et particulièrement sur le système des ondulations , a proposé un moyen beaucoup plus simple pour mesurer les distances des spectres de différens ordres ( Annales de Physique et de Chimie , tome 4° » page 169). Au lieu d’une seule fente dans le volet , il en emploie deux, dont ou peut, si l’on veut varier les distances, puis il les observe en même temps avec le même réseau, qu’il rapproche ou qu’il éloigne convenablement, pour amener en coïncidence parfaite les mêmes raies des spectres homologues formés l’un à gauche de l'ouverture de droite, l’autre à droite de l’ouverture de gauche. Connaissant l’écart des deux ouvertures et leur distance au réseau , il est facile d’en déduire l’angle cherché.

EnGn Frauenhofer a observé deux autres conditions très-remarquables de ces phénomènes , savoir :

i° Que les déviations des mêmes couleurs, ou plus exactement des mêmes raies ,b,c,d,e, f , g , ne dépendent ni de la largeur de l’intervalle transparent des réseaux, ni de la largeur de l’intervalle opaque , mais seulement de la somme de ces deux largeurs.

20 Que les grandeurs absolues de ces déviations sont en raison inverse de cette somme faite d’un intervalle transparent et d’un intervalle opaque , tellement que si dans chaque réseau l’on multiplie cette somme parles déviations

correspondantes des raies B, c, d, e, f, g du premier spectre, on obtient des nombres constans , qui se reproduisent toujours dans tous les réseaux et dans toutes les expériences.

Voici ces nombres transformés en millimètres :

Lélfres qdî indiquent * Produit de la déles raies ou les viation par la

rayons cofrespondan- somme des intertos du spectre valles opaques et

solaire. trar.sparens en mil¬

lionièmes de millimètres..

Longueur des on- Couleurs dulationsen correspondantes, millionièmes de m i 1 1 i m .