CHAPITRE XII

PHÉNOMÈNES DE DIFFRACTION

• IMTERFÉRENGE DES OKDES LUMINEUSES. PHÉNOMÈNES DE DIFFRACTION.

1665, le P. Grimaldi publia à Bologne un curieux ou-

vï^i^ ^^6 intitulé Physico-mathcsh de himiiie, dans lequel se

•'^^>'^i^vent décrits pour la première fois des phénomènes auxquels

il ^iorina le nom, qu'ils conservent encore, de phénomènes de

A^fj^l^*a.cti(m. Voici en quoi consistent ces faits nouveaux, ou du

^^^^^ins nouvellement observés, que, depuis, les physiciens ont

^^'^^■-cîîés et multipliés au point d'en faire ime branche impqr-

*^*^t:e de l'optique.

Si Ton introduit un trait de lumière dans la chambre obscure ^ ^-ï^avers une très petite ouverture , on remarque que les ^*^^^l>res des corps opaques étroils, exposés à celte lumière, sont ^^^^vicoup plus étendues qu'elles ne devraient rôlre d'après la "^^ï*che en ligne droite des rayons lumineux. En outre, ces ^"^^^ fc^res se trouvent bordées de franges colorées, })arallèles entre ^ ^s cl aux bords des corps opaques. Le phénomène disparaît

SM

* ^U lieu d'une étroite ouverture, c'est par un large trou que ^ ^^Se le faisceau de lumière.

*^n substituant au corps opaque une très petite ouverture

^^ilaire percée dans une lame métallique, par exemple, et

^^ccevanl la lumière sur un écran, on obtient des anneaux

^entriques de franges colorées, situées les unes dans l'image

^^ Métrique de l'ouverture, les autres au dehors, c'est-à-dire

""V,on ^*• '*" "° voux «"'"'• "*-" . . .!*»" °^^-

INTERFËRENGE DES ONDES LUMINEUSES. 285 j2,f^xit,s de vibration de l'éthcr auront mt^me ain|)lilude aux la&MiCM^^ phases. Si les ondes du premier rayon cuïneidenl avec cclM^s du second, il est clair que leurs inleiisilés devront s'ajou.t-<?'' ■ '^ quantité de lumière sera augmentée par leur concom*:3' Mais si l'un d'eux est en retard sur l'autre, cl cela préciséixi«3Xit d'une demi-longueur d'onde, les molécules d'éther silui.<5^s le long de la ligue AB seront sollicitées d'un côté par des £c>rces dont l'intensité et la direction seront représentées par la courbe flort..., et d'autre côté par dos forces égales et coiit:. ■.'aires représentées par la courbe a'u'a'... Toute molécule telle; <jue m restera donc en rejios sous l'action de ces forces oi>pt»^ées; le mouvement vibratoire cessera, et l'obscurité succède» i'a à la lumière. On dit alors que les ondes ou les rayons lumii-»eux interfèrent. Même résultat, si le relard était de 3/2, i>/*^ — et en général d'un n(mdjre impair de ileuii-ondulations.

Fig. 175. — Inl.

'■ est d'un nombre pair de demi-ondulations, le résultat csl le

"ï*-nio que s'il y avait coïncidence, lùilin, enlie ces deux cas

*^*"Onies, l'intensité lumineuse est taofôl auginenlée, lanlôl

"'"•"•iuuée; mais il n'y a en aucun point destruction absolue de

^ *^ héoriquement, ce raisonuemenl, qui csl un»; conséquence *^*^<!S8aire du système des ondulations, rend ]iarfaitemenl ***'*^pte de l'expérience de Grimaldi, et de toutes celles où

fj^i, >craKoRiil UDO Eucccssinn île vibrations fiiibles cl fotUis aiialofnn's au\ baUfimciils que Cjil .^nleadre la consonoancc Je deux iiotos peu il ifTi' rentes ; inais ces .iltematives de luniiêro »<» *** el forte, se succildant avec une rjpiditù |ji-odisieuse, ne jiroduiniienl sur l'œil qu'une * (A. FresDol, De la Lumière, etc.)

de fils très fins tendus sur un cadre rectangulaire, au moyen de deux vis parfaitement semblables. Puis, pour obtenir une plus grande régularité et une plus grande finesse dans les inter- Talles qui laissent passer la lumière, il traça sur des plaqués de verre couvertes d'une feuille d'or des lignes parallèles èl équidistantes ; puis il grava les mêmes traits au diamabt sur le verre môme, formant ainsi plus de 1000 divisions par millimètre. Chaque strie est un écran opaque, et les intervalles des stries laissent passer la lumière. Du reste, un nombre beuh coup moindre de divisions rend le réseau plus régulier» "et 38 traits sulïisenl au besoin pour observer les phénomènes. '

Outre les réseaux à lignes parallèles, Frauenhofer étudia, les réseaux à mailles carrées, formés par deux séries de lignes se croisant à angle droit, et ceux à mailles circulaires ou de toute autre forme. 11 obtint de la sorte un grand nombre de figufes où les franges et les spectres se distribuaient avec une symétrie merveilleuse; mais il fit plus, il étudia les lois de cette distribution, lois (|ue M. Babinet a prouvé être autant de conséquences nécessaires du principe des interférences. • .

Oh voit dans la planche V le phénomène résultant duipas^ sage de la lumière à travers im réseau à lignes parallèles : au milieu est une ligne brillante, puis deux larges intervalles obscurs suivis de clia(|ue cote de deux spectres dont le violet est tourné vers le centre, et si purs, (pie les raies sombres y sont aisées à distinguer. Au delà, viennent deux nouvelles bandes obscures, et enfin deux séries de spectres supei'posés de plus en plus étalés et plus ])ales. Un réseau à mailles carl'ées donne Timage représentée, dans la môme planche Y^ audessous de la précédente : outre la ligne brillante centrale et deux séries de specties plus étalés que ceux du réseau à mailles parallèles, on voit dans les quatre angles droits ime multitude de petits specti'es rayonnant vers le centre. Newton avait entrevu l'identité des phénomènes de diffraction par les petites ouvertures et par les réseaux, comme il ressort de ce passage de son Optique : « Kn regardant le soleil au travers d'une

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^^B raASTGSS P0E.TCHS.O»Jk.-riQtï£8

^^^^^^^ Phénomènes d'interférence

^^^^^^^h DlFFPACTiON PAK LES HESEAUX

INTERFÉRENCE DES ONDES LUMINEUSES. tS» A Sfl, sont dans la même phase d'ondulation dans l'un comme ^am l'autre système, puisque, les rayons sa, s'a étant de môme /ongueur, il en est de même des chemins Sla et Sl'o, suivis par I^& deux ondes lumineuses émanées de la source S, et réfléchies stM-T- l'anet sur l'autre miroir. Il en est de même pour tous Icj poMXïts a'a'a'... situ^ js dans le plan vex-ft-ical passant par AO Les intensités IiiisrB m lieuses s'ajouterx t. donc dans ce pleLSTM. ; de là la fra.»ragc centrale brillai* t-^ Aux points t^l^ «que n n', la différence de marche des ondes qui se cï~oisent en ces points est de 1/2, 5/2... longueurs d'onde, c ^^t.— à-dire un nombre im]iair de demi-ondulations : il y a itt*,<im-f^rence et par suite frange obscure ; il en est de même P**^»^ï" les points mm'... Pbis loin, les points bb'... ce'... appar- ^*^**Hentà des rayons ****** t. chacun est en '"^*-3-Vtl sur l'autre *-**! nombre ]tair demi -longueurs ^'«>«-»de : fraiiges ^^^ liantes... et ainsi "** suite. L'aspect , ^ , , - . ,

a^ fmnges obleniits uvi'c di's liiiniurps du iliverses couleurs.

ë*=riéral du phéno-

"*èrxe est celui que montre la figure Ho. Dès que l'on masque l*^*" Un écran l'un ou l'autre des deux miroirs, les franges dïsï*^**^issent, et le premier écran, sur lequel on recevait ces ^**ges, reprend un éclat uniforme.

^'resnel a employé successivement, pour faire celte expé- '^^^ce capitale, des lumières de toutes les couleurs simples : il ^■^'«uvc des franges de chacune de ces teintes, mais d'autant

d de

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- Frangrs d'inlprfLTi

phénomènes d'interférence, ainsi que l'a expliqué M. Babinet. En voici la description d'après M. A. Necker :

« Pour jouir de la vue de ce phénomène, dit-il, il faut être placé au pied d'une colline interposée entre l'observateur et la place où le soleil se couche ou se lève. On est ainsi complètement dans l'ombre ; le bord supérieur de la colline ou montagne est couvert de bois, ou d'arbres et de buissons détachés, qui se projettent en noir sur un ciel parfaitement clair et brillant, sauf la place môme à laquelle le soleil est sur le point de paraître ou vient de disparaître. Là, tous les arbres et les buissons qui bordent la sommité, dans leur totalité, branches, feuilles, troncs, etc., paraissent d'une blancheur vive et pure, et brillent d'une lumière éclatante, bien que projetés sur un fond qui est lui-même lumineux et brillant, comme l'est toujours la partie du ciel voisine du soleil. Les moindres détails des feuilles, des petits rameaux sont conservés dans toute leur délicatesse, et on dirait des arbres et des forêts faits de l'argent le plus pur, avec tout l'art de l'ouvrier le plus habile. Les hirondelles et autres oiseaux qui traversent en volant cette môme région paraissent comme des étincelles de la blancheur la plus éclatante. »

Pour celui qui sait observer, on le voit, la nature est d'une magnificence que riiabileté des expérimentateurs les plus ingénieux ne dépasse jamais. Ce qui fait le mérite du savant, ce n'est pas tant de la reproduire, de multiplier les phénomènes dont elle nous offre le tableau; c'est, à force de patience, de sagacité, de génie, de découvrir les raisons des choses, les lois de leiu^s manifestations. A ce point de vue, l'histoire de la i)hysique est certainement l'un des plus beaux titres de gloire de l'esprit humain.