Étude expérimentale de la diffraction éloignée

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Étude expérimentale de la diffraction éloignée

Jean Savornin

To cite this version:

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE

DE LA

DIFFRACTION

ÉLOIGNÉE

Par JEAN SAVORNIN.

Laboratoire de

_Physique

Générale de l’Université

_d’Alger.

Sommaire. - L’analyse de la lumière _{elliptique produite par diffraction} à partir d’une vibration incidente rectiligne fournit un moyen simple d’investigation. On l’a appliqué à l’étude _{systématique} des

propriétés diffringentes du bord rectiligne d’un écran _métallique.

Les recherches à travers le spectre visible ont fait _appaiaitre une différence extrêmement nette entre

les propriétés d’écrans de forme identique, mais constitués par des métaux différents. Les résultats

s’in-terprêtent dans tous les cas _{par la théorie électromagnétique,} modifiée de _façon à tenir compte des

propriétés optiques du métal.

1. Introduction. - J’ai

_exposé

dans un

_précédent

travail

_{(’ )}

comment la théorie

_{électromagnétique}

_permet

de traiter

_{complètement}

le

_problème

de la

_polarisation

par diffraction

éloignée.

L’arête

_rectiligne

de l’écran

diffringent

étant

_verticale,

si la vibration lumineuse incidente est

_{polarisée rectilignement}

et vibre à 45° du bord de

_l’écran,

la vibration diffractée est

_elliptique.

Pour l’observateur

_{qui reçoit}

la lumière diffractée dans une direction donnée du

_plan

horizontal,

l’ellipse

est _{caractérisée par l’orientation de} son

_grand

_axe, son

ellipticité

et son sens de parcours. Le

_grand

axe fait avec la verticale un

_{angle qui}

n’est

_plus

de 450 : la

« rotation »

_{apparente p}

(angle

de ce

_grand

axe avec la droite de

_pente

_45~)

est

_comptée

_{positivement lorsque}

l’écart avec la verticale a

_augmenté.

L’ «

_ellipticité

»

_If

de

la vibration,

dont

_{la tangente}

est

_égale

au

_rapport

des demi axes, est considérée comme

_{positive lorsque}

le

sens _{de parcours est celui des rotations}

_positives

_que

l’on vient de définir.

2. Forme de la vibration diffractée. - J’ai

étudié

_{expérimentalement}

la forme de la vibration

diffractée,

en variant les conditions de

façon

à observer

successivement l’influence :

1° De

_l’angle

_{d’incidence po de la lumière} sur

_l’écran,

angle

que fait le rayon incident avec la face du

tran-chant

_{qui reçoit}

la

lumière;

2° De

_l’angle

_{de déviation D des rayons}

_diffractés,

compté positivement

vers la

_région

de l’ombre

géomé-trique ;

,

3° De la

_longueur

d’onde k de la lumière

_employée.

Dans les deux

_premiers

cas, l’écran était une lame de rasoir en

_acier,

neuve. Pour la troisième série de

recherches,

j’ai

utilisé,

soit des lames

_d’acier,

soit des

lames d’acier recouvertes sur leurs deux faces d’une (l j Journ. _{Phys., 7, 1936, 434 ;} Ci. Errata à la fin du présent

article.

couche d’or par

pulvérisation cathodique (l’épaisseur

de cette couche étant _{suffisante pour que l’on}

_puisse

assimiler les écrans à des lames d’or

_massif);

soit enfin

des

lames de cuivre pur, taillées

mécaniquement

de

façon

à réaliser un tranchant aussi

_parfait

_que

possible.

L’appareil employé

est un

_{Polarimètre-ellipsomètre}

spécial,

dont on trouvera la

_description

ailleurs

_(1).

Il

est

_précédé

d’un

monochromateur,

_{qui reçoit}

la lumière solaire réfléchie par un héliostat. Une

_image

de la fente de sortie du monochromateur est formée sur le bord de

l’écran,

la convergence du faisceau lumineux

polarisé

rectilignernent

par un Glazebrook étant de 3°31>’ environ. On recueille la lumière diffractée dans un cône

de même

_angle

au

_sommet,

en formant sur la

_pupille

de

l’cnil,

à travers un

_prisme

_analyseur

de

_Lippich,

l’image

de l’arête éclairée de l’écran. L’observateur

aperçoit

ainsi les

_plages

de

_{l’analyseur}

uniformément éclairées.

,

Les résultats donnés par des écrans différents mais de même métal sont

_toujours

concordants. Il faut

employer

naturellement des tranchants

_parfaits,

la moindre altération de l’arête modifiant l’état de

polari-sation de la lumière diffractée.

Nous donnons ci-dessous les nombres

_qui

définis-sent la forme de la vibration

_diffractée,

obtenus au cours de diverses séries de mesures. Ils sont donnés au

dixième de

_degré,

ce

_qui

constitue le

_degré

d’approxi-mation moyen des mesures. La

_précision

_peut

être notablement moins

_bonne,

_lorsqu’on

_opère

sous de

grandes

déviations,

ou vers les extrémités du

_spectre.

’

3. Rotations et

_{ellipticités}

en fonction de

l’angle

d’incidence. - La déviation reste fixe : 20° dans la

_région

de l’ombre. Le

_changement

de

_l’angle

(1) Rev. _Opt., 16, 1931. 6L

310

d’incidence

_s’opère

en faisant tourner l’écran

_autour

de son arête.

L’écran est t en acier

_(écran

n’ 1

12,

angle

des deux faces du tranchant :

_{12° 30’); longueur}

d’onde de la lumière : A =

Voici les résultats

_{expérimentaux :}

TABLEAU 1.

La

_figure

_{1 montre que les courbes}

_{expérimentales}

(ponctuées)

sont très voisines des courbes

_théoriques

(en

traits

_pleins),

mais moins

_{symétriques.}

On ne sera

Fig. 1. - Forue de la vibration elliptique diffractée, _en

fonc-tion de l’angle d’incidence de la Jumièi e sur l’écran. Déviation fixe de 20° dans l’ombre _{géométrique.} Ecran _{d’acier, angle} des faces du tranchant : f2° 30’. À = _0,540

V.-pas étonné de cette constatation si l’on songe que la section droite de l’arête de l’écran, vue à un très fort

grossissement,

est une courbe

_qui

n’est sans _{doute pas}

symétrique

par

rapport

à la bissectrice de

_l’angle

des faces.

4. Rotations et

_{ellipticités}

en fonction de la déviation. - La lumière tombe normalement sur

l’écran. L’incidence reste donc fixe : 901. L’écran est en

acier

_{(n° 27,}

_angle

du tranchant :

_16,45’);

_longueur

d’onde de la lumière :

_U,~40

~. Le tableau II et la

_{figure 2}

résument les résultats :

TABLEAU II.

Dans la

_région

de diffraction « extérieure »

_(lumière

géométrique),

les mesures sont rendues diificiles _{par la}

présence

de lumière réfléchie -

ou mieux

_diffusée

-sur le bord de

_{l’arête ;}

celle-ci

_présente

en effet un

Fig. 2. - Forme de la vibration elliptique diffractée _en fonction

de l’angle de déviation des rayons lumineux. Incidence normale. Ecran _{d’acier, angle} des deux faces du tranchant : 16° 45’. À = _{0,540 v.}

vue de l’état de

_{polarisation,}

la hllllière

_diffusée

plces

aucun rôle pour les

_régions

voisines de

ombre-lunzière Toutes les courbes que donne

l’expérience

sont

_{significatives}

à cet

égard.

5. Rotations et

ellipticités

en fonction de la

longueur

d’onde. - Comme il a été dit

_{plus haut,}

les

écrans sont de trois sortes :

_acier,

acier recouvert d’or

Fig. 3. - Forme de la vibration

elliptique diffractée en fonction

de la longueur d’onde de la lumière incidente, pour des écrans

d’acier et d’acier, recouvert d’or. Incidence : 135,. Direction drohservation : 20° dans l’ombre géométrique.

(épaisseur

1,5 ~t),

cuivre.

_L’angle

d’incidence est de 1:15°

₍₁₎

la déviation de ~o° vers l’ombre. Les résultats

sont

_consignés

dans le tableau 11I.

On a dessiné sur les

_figures

3 et 4 les courbes

expé-rimentales

_{représentant}

les

_{angles p}

et L’accord avec

les courbes

_{théoriques publiées}

dans l’article

_déjà

cité

est

_remarquable.

On retrouve le

point

d inflexion de la courbe des

_rotations,

coïncidant avec un maximum de

l’ellipticité,

pour une valeur de la

_longueur

d’onde

_qui

définit une bande de transmission du métal.

(1) L’incidence _oblique de 135° a été choisie ici pour la raison

qui l’avait fait adopter au cours de l’étude _{théorique :} les varia-tions _{de p et 0/} sont plus accusées que sous l’incidence normale,

et l’intensité de la lumière diffractée est encore suffisante _pour

permettre les mesures.

Il faut en effet

_signaler

_{que seule l’allure des courbes}

est à

_considérer,

_{les valeurs absolues de p}

dépen-dant essentiellement du tranchant

_plus

ou moins

par-fait du bord de l’écran. Or il _{n’est pas douteux que le}

dépôt

d’une couche d’or sur les deux faces de la

lame,

si uniforme

_soit-il,

altère la forme de l’arête. De son

Fig. 4. - lBiêmes conditions que pour la figure 3, mais écran en cuivre massif.

TABLEAU III.

côté,

l’écran de cuivre que

j’ai aiguisé

moi-même avec

beaucoup

de soin

_possède

des

_{irrégularités}

du

tran-chant

_qu’il

_{n’est pas}

_possible

de

_diminuer,

un métal

mou se

_prêtant

très mal à ce _{genre de travail.}

6. Conclusion. - A la suite de ces

_{expériences,}

l’influence des

_propriétés

_optiques

du métal constituant

per-312

fectionnée,

malheureusement un _peu

_{artificielle,}

_que

lui ont donnée Raman et Krishnan. Les considérations de ces deux auteurs sur l’effet de la substance de l’écran

ont

_{déjà permis}

à Eichstâdt

_(’)

_{d’interpréter}

les

phéno-mènes de _{difffraction par des fils très fins de}

_quartz

argenté.

(1) Z. _{Physik, 1936,} 99, 301.

D’un autre

côté,

nos mesures _{montrant que}

l’in-fluence de la lumière diffusée par le bord de l’écran

est

_{négligeable,}

au _{moins pour les déviations} ne

dépas-sant pas

quinze

à

_{vingt degrés.}

Ajoutons

qu’un

mémoire

_plus

détaillé sur l’ensemble

de la

_question,

avec discussion

_approfondie,

est en

préparation

pour être

publié

ailleurs.

Manuscrit reçu le 2 mai 1937

Errata

de l’article

SUR LA

THÉORIE

DE LA DIFFRACTION

ÉLOIGNÉE

Par JEAN SAVORNIN.

(1936, 7,

~34-~~r0).

Page

435 : La

_{figure 2}

est

_inexacte,

la

_{ligne qui}

_sépare

les

_régions

II et III étant évidemment le

_prolongement

du rayon

incident,

et non _{le rayon} diffracté OS dont la direction est

_quelconque.

Plus

_bas,

_{après l’expression qui}

donne

_~o),

lire : Dans la

_région

_III,

le second terme subsiste seul.

Page

437 : 14e

_{ligne après}

la

_figure

4,

lire :

Ellipli-ci1é Ç

comptée

positivement lorsque

le sens de _parcours