CHAPITRE XIX

DIFFRACTION DE LA LUMIÈRE

208. Nature et cause de la diffraction. — L'interférence des ondes joue un rôle important dans la diffraction de la lumière. On désigne sous ce nom la propriété que possèdent les rayons lumineux d'être déviés de leur direction , quand ils viennent à raser le bord d'un corps opaque.

Soit 0 (Fig. 239) un centre d'ébranlement rayonnant de la lumière dans toutes les directions ; interceptons une portion des rayons à l'aide d'un, corps opaque AK. Les rayons OA, OC , OB etc. passeront sans obstacle et continueront à se propager en ligne droite ; mais le rayon OAA', qui rase le bord de l'écran , ne forme pas la limite de séparation de l'ombre et de la lumière; on constate que du point A du bord de l'écran partent d'autres rayons "AK, AF etc., qui cheminent dans une région de l'espace où il devrait y avoir obscurité complète, si la propagation de la lumière était toujours rigoureusement rectiligne. Ces rayons latéraux qui semblent ainsi émaner du bord de l'écran sont ce qu'on appelle des rayons diffractés. [On aperçoit, en outre, du côté opposé à l'ombre, une série de bandes très-brillantes parallèles au bord de l'écran et séparées les unes des autres par des bandes de moindre éclat.]

Ces résultats paraissent en désaccord avec ce qu'on observe habituellement, et cependant ils sont la conséquence forcée de la théorie des ondulations. Mais il est facile de les expliquer à l'aide An principe cV Huyghens , et si, dans les circonstances ordinaires ces phénomènes passent inaperçus, cela tient à ce qu'en général la source lumineuse » une trop grande étendue, et qu'alors la présence de la pénombre masque les effets de la diffraction.

WCXDT, Physique médicale, . 37

Fig. 239. — Théorie do la, diffraction de la lumière.

OPTTQUE.

Dans un milieu constitué de manière à transmettre le mouvement vibratoire dans toutes les directions, chaque point de la surface d'une onde devient l'origine d'une nouvelle onde qui se propage en tout sens ; car, en vertu des lois générales qui régissent la propagation du mouvement vibratoire, toute rupture d'équilibre qui se produit en un point quelconque, détermine la formation d'une onde.

Si, par exemple, nous considérons l'onde partie du point lumineux 0 (Fig. 239) aul moment où elle est arrivée en Ali, chaque point de la surface de cette onde, tel que 0, devient à son tour l'origine d'une nouvelle onde, puisque les vibrations de la molécule C se communiquent aux molécules environnantes de la même manière que l'ébranlement de la molécule O s'est transmis de proche en proche jusqu'en C. En un mot, la surface d'une onde quelconque peut être regardée comme le lieu géométrique d'une série de centres d'ondes secondaires. Il semblerait résulter de là qu'un point tel que C, situé sur l'écran TT', devrait recevoir de la lumière de tous les points de la surface de Tonde AB. Comment se fait-il dès lors qu'il n'arrive au point C que de la lumière venant du point de la surface de l'onde qui se trouve sur la droite menée du centre lumineux primitif O au point éclairé C; qu'en d'autres termes, la lumière se propage en ligne droite de O en C ?

On lève la difficulté en supposant la surface de l'onde AB divisée de part et d'autre du point C, qui se nomme le. pôle du point éclairé C, en une série d'arcs élémentaires

dont les distances respectives au point C diffèrent de -~- d'un arc au suivant. On voit

alors que les rayons qui partent de ces différents points pour aboutir en C, se neutralisent deux à deux; à l'exception du premier arc voisin du pôle, qui, en raison de son étendue plus considérable, n'a pas toute sa lumière détruite par l'interférence des rayons émanés des arcs adjacents. Donc, en définitive, le point C ne reçoit de la lumière que clans la direction de son pôle C. Il en est autrement quand une portion de l'onde est arrêtée dans sa marche par un corps opaque, tel que AK.

[Dans ce cas, tout point,-tel que C, delà partie de l'écran située dans la lumière, recevra une quantité. maxima ou minima de rayons lumineux, selon que le corps opaque laissera à découvert, à partir du pôle C, un nombre impair ou pair d'arcs élémentaires. De là l'apparition sur l'écran à partir de A', en allant vers B, d'une série de franges, brillantes séparées par des intervalles de moindre éclat.] D'autre part, de l'autre côté de de A', dans l'espace que devrait occuper l'ombre géométrique, la surface de l'écran est illuminée avec une intensité qui va en s'affaiblissant graduellement à partir de A' jusqu'à une faible distance où toute lumière' cesse d'être visible. Cette lueur est produite par la partie de l'onde laissée à découvert. Quant au point A', il possède un éclairement moindre que celui qu'il aurait si le corps opaque ne lui masquait pas le premier arc élémentaire qui lui correspond sur l'onde AB.

Plaçons maintenant un second corps opaque BH en regard et très-près du! premier : le bord de chacun de ces corps diffractera la lumière qui traverse l'ouverture AB, et, si celle-ci est très-étroite, les rayons diflractés pourront interférer.

209. Interférence des ondes diffractées. Spectre de diffraction. — Considéronsles deux rayons diffractés AE et BE (Fig. 239) qui aboutissent au point E : ces rayons ont une différence de marche, puisque la distance du point E aux points A et B n'est' pas la même ; les deux rayons interféreront donc de manière à se

détruire, si leur diflérence de marche est un nombre impair de ~. Quant aux

rayons compris dans l'intervalle des deux premiers, nous pouvons, en menant le rayon médian CE, les diviser en deux pinceaux. Or deux l'ayons symétri-

DIFFRACTION DE LA LUMIÈRE

quemenl placés par rapporté CE auront entre eux u liffér ence.de marche

d'autant plus grande qu'ils seronl plus éloignés de ce rayon médian, et inversement; donc, en somme, Le faisceau entier AEB donnera moins de lumière que chacun des pinceaux partiels AEG ou BEC considérés isolément. Si, au contraire, les rayons extrêmes AF et BF ont une différence de marche

égale à un nombre pair de ^ , ils interféreront de manière à se renforcer

mutuellement, et il en sera de même des deux pinceaux partiels qui composent le faisceau AFB. 11 ru résultera que le point F sera vivement éclairé, tandis que le point E paraîtra sombre; au delà de F, on trouverait un second point sombre, puis un nouveau point de maximum d'éclat, et ainsi de suite. On observera donc sur l'écran TT', de part et d'autre de la partie centrale, une série de bandes ou franges alternativement brillantes et sombres, le passage de l'une à l'autre s'opérant par degrés insensibles.

Avec de la lumière simple, les franges sont brillantes ou sombres, mais ne présentent qu'une seule couleur, et elles sont d'autant plus étroites que le degré de réfrangibilité de la lumière employée est plus élevé. On a donc, dans ce phénomène de diffraction, un nouveau moyen de mesurer la longueur d'onde des différentes couleurs.

En opérant sur de la lumière blanche, on obtient, au lieu de bandes alternativement brillantes et sombres, une série de franges irisées dont les couleurs se succèdent exactement dans le même ordre que celles des anneaux colorés de Newton. Chacune de ces franges représente un spectre dit de diffraction.

[Nous venons de voir l'origine des franges • extérieures ; mais il existe une antre série de franges qui prennent naissance dans la partie A'B' de l'écran directement éclairée par la source lumineuse; ce sont les franges intérieures. Leur mode de production est semblable à celui des franges extérieures.]

210. Phénomènes de diffraction produits par des ouvertures multiples. —

Quand , au lieu de laisser passer la lumière par une ouverture unique , on prend plusieurs ouvertures, chacune d'elles donne son système de franges. Mais si les ouvertures sont très -rapprochées les unes des autres, les franges des différents systèmes se superposent partiellement et le phénomène se complique davantage. Deux ouvertures, par exemple, donnent une nouvelle série de franges que Fraunhofer nomme spectres de deuxième classe, pour les distinguer des spectres de première classe qu'on obtient avec une seule ouverture. Avec trois ouvertures , on voit apparaître d'autres spectres, dits de troisième classe et qui se placent entre les précédents. Si on augmente encore le nombre des ouvertures, il ne se forme plus de nouvelles classes de spectres, mais ceux qui existent déjà se modifient; les spectres de deuxième classe ne changent pas, tardis que ceux de troisième se resserrent de plus en plus jusqu'à devenir presque invisibles.

Spectres produits par les réseaux. — On obtient de magnifiques effets de diffraction avec les réseaux. Le terme de réseau désigne en optique une série de raies alternativement opaques et transparentes, très- rapprochées les unes des autres et équidistantes; les traits gravés au diamant sur une plaque

MU OPTIQUE

de verre pour construire un micromètre constituent un réseau parallèle dans lequel les intervalles qui existent entre doux traits consécutifs représentenl dos ouvertures. Si on regarde à travers un tel système d'ouvertures une fente lumineuse dont la direction soit parallèle à celle des stries <lu réseau . on aperçoit cotte fente comme on la verrait à l'oeil nu ; mais, en outre , de part ei d'autre de ce trait central, on observe un espace noir assez large suivi d'un spectre dont le violet est en dedans; viennent, ensuite un second espace obscur moins large que le premier, puis une série, de spectres de plus en plus étalés et empiétant de plus en plus les uns sur les autres. Les couleurs du premier spectre sont si pures qu'on y peut facilement distinguer les principales raies de Fraunhofer; de là, un moyen, le plus précis de tous, de mesurer la longueur d'onde de chaque couleur.

[Les barbes d'une plume d'oiseau représentent un réseau naturel qui donne aussi des spectres de diffraction On peut également observer des effets de ce genre, en regardant la flamme d'une bougie, les paupières presque closes; les cils, en se joignant, forment un réseau plus ou moins régulier.

La réflexion de la lumière sur des corps dont la surface présente des stries alternativement polies et ternes produit les mêmes effets que les réseaux ; telle est l'origine des reflets irisés de la nacre de perle.

Les spectres d'interférence des réseaux ont reçu une application médicale. M. Edmond Rose s'en est servi pour le diagnostic de l'achromatopsie. On désigne sous les noms iYachrofnatopsie, de dyschromatopsie, de daltonisme ou de cécité des couleurs, une affection particulière du sens de la vue, par suite de laquelle on ne voit pas certaines couleurs , ou bien on les confond avec d'autres. Il existe deux classes de daltonistes; la première, de beaucoup la plus nombreuse, comprend les individus qui ne perçoivent pas la couleur rouge et qui, par conséquent,, confondent avec d'autres couleurs où il n'entre pas do rouge, toutes les couleurs qui en renferment. Or nous avons vu qu'en regardant à travers un réseau à lignes parallèles (micromètre de microscope) un trait lumineux ou simplement la flamme d'une bougie , on aperçoit de part et d'autre de la source lumineuse une série de spectres dont le premier seul est complètement isolé ; le rouge du deuxième empiète déjà sur le violet du troisième; mais si. l'observateur n'a pas la sensation du rouge, il verra un espace obscur entre le deuxième et le troisième spectre. |

[Couronnes irisées produites par des corpuscules. Anneaux colorés dans le glaucome. — 11 convient de rattacber aux phénomènes des réseaux les cercles colorés qu'on aperçoit autour d'une source lumineuse (soleil, lune, flamme de bougie etc.), lorsqu'entre le foyer de lumière et l'œil de l'observateur se trouvent interposés un grand nombre de corpuscules opaques, laissant, entre eux de petits intervalles pour le passage des rayons lumineux. C'est ainsi qu'en répandant sur une lame de verre une légère couche de poudre de lycopode ou des globules sanguins, en général, des corpuscules , dont le plus grand nombre soient égaux, on observe , quand on regarde la flamme d'une bougie à travers cette lame, trois ou quatre anneaux irisés ayant le violet en dedans; la source lumineuse occupe le centre de ces anneaux, et le diamètre d'un même anneau est en raison inverse de la grosseur dos corpuscules.

POLARISATION DE LA LUMIÈRE

La théorie de ces phénomènes a été donnée par M. Babinet et par Verdel ; ce dernier physicien a montré que la surface d'onde qui coïncide avec le plan des corpuscules , peut être remplacée par une surface opaque munie d'ouvertures ayant les mêmes dimensions et la même position que ces corpuscules*

On observe dans le glaucome un symptôme curieux, qui trouve son explication dans les effets de diffraction dont il vient d'èfre question. Le glaucome est une affection de l'œil caractérisée par une augmentation de la pression in tra- oculaire, et qui s'accompagne fréquemment de poussées inflammatoires, pondant lesquelles une line poussière organique se répand dans la chambre antérieure et y occasionne le trouble de l'humeur aqueuse. C'est à ce moment que les malades voient autour de la flamme d'une bougie des anneaux irisés.]

VU. Polarisation et double réfraction de la lumière.