Notions de base d'optique géométrique/Définir la "Lumière"

Lumière: propriétés essentielles

Illustration: Propagation d'une onde électromagnétique (couplage d'un champ magnétique et d'un champ électrique)

La lumière est une onde électromagnétique qui se propage sans nécessité d'un milieu matériel: elle se propage donc dans le vide (contrairement au son qui est une onde mécanique nécessitant un support matériel de propagation). Cette onde électromagnétique est périodique dans le temps, et oscille à la fréquence $\nu$(lettre grecque nu, souvent préférée à f en optique). À cette fréquence est associée une période temporelle d'oscillation, $T=1/\nu$. Si l'onde se propage à une vitesse souvent notée $c$(ou $v_X$vitesse dans le milieu X), alors on peut aussi définir sa longueur d'oscillation spatiale aussi appelée longueur d'onde, par la relation essentielle:

Le spectre des ondes électromagnétiques est beaucoup plus vaste que la "lumière" à laquelle on pense souvent, qui est associée à la partie visible du spectre [400nm;800nm].

Indice d’un milieu

Lorsque la lumière traverse un milieu transparent comme l'air, le verre ou l'eau, elle ne se propage pas à la même vitesse que dans le vide. Cette différence de vitesse de propagation permet d'introduire la notion d' indice optique du milieu ou plus simplement d'indice du milieu. Modèle:Définition

On sait aussi que la vitesse maximale que la lumière peut atteindre est celle qu'elle a dans le vide. Autrement dit, v ≤ c quel que soit le milieu traversé. On en déduit donc que :

Chemin optique

Comme la vitesse de la lumière n’est pas la même dans les différents milieux, le temps qu'elle met à parcourir une certaine distance diffère également selon le milieu. Pour exprimer cela mathématiquement, on introduit la notion de chemin optique. Modèle:Définition

L'intégrale correspond à la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant le temps qu'elle met à aller, dans le milieu considéré, du point A au point B. Il peut également s'écrire :

$(AB)=\underset{A}{\overset{B}{\int }}n.v.\mathrm{d}t$

Or, comme cela est indiqué dans la leçon de mécanique du point, l'abscisse curviligne s'écrit ds = v.dt. On peut donc réécrire l’expression du chemin optique :

$(AB)=\underset{A}{\overset{B}{\int }}n.\mathrm{d}s$

Il faut alors retenir le résultat important suivant : Modèle:Encadre En effet, dans un milieu homogène, la lumière va en ligne droite.

Surface d'onde

Une onde sphérique

Supposons qu'une source de lumière envoie en même temps un grand nombre de rayons lumineux dans toutes les directions. Ils ne rencontreront pas tous les mêmes obstacles ou les mêmes milieux, donc la forme générale du faisceau va être modifiée petit à petit. On peut décrire cette déformation à l'aide des surfaces d'onde. Modèle:Définition Modèle:Exemple Modèle:Bas de page