Comment la nature ondulatoire de la lumière peut-elle apporter une information sur les variations d'épaisseur d'une lame de verre ou sur la planéité d'une surface ? (TIPE)

Résumé du document

L'exploitation de la nature ondulatoire de la lumière donne aujourd'hui aux physiciens la capacité d'étudier le profil de certaines surfaces par voie optique.

Tout d'abord une petite précision concernant les sens des termes "planéité" et "rugosité" s'impose. La planéité et en particulier la tolérance de planéité est évoquée lorsque l'on étudie une surface plane dont tout les points doivent se trouver entre deux plans parallèles distants de la valeur de la tolérance indiquée. La rugosité se définit de la même manière mais à une échelle bien moins importante. En effet on dit généralement que la rugosité représente un centième de la planéité. Cette tolérance de planéité est très utilisée dans l'industrie. Elle est le gage de la qualité de certains produits et donc de leurs bons fonctionnements. C'est le cas par exemple pour les bandes vidéo, les puces informatiques...

Les atouts de l'interférométrie optique sont très importants et en font une méthode très appréciée des industriels par rapport aux systèmes de mesures classiques. En effet les interféromètres n'ont plus à faire leurs preuves en matière de précision concernant leurs mesures, ils surpassent la plupart des systèmes classiques. De plus ils effectuent des mesures non destructrices pour l'échantillon étudié, contrairement à un stylet par exemple qui en se déplaçant sur la surface exerce une faible pression sur celle-ci, ce qui peut l'endommager voir la détruire. Pour le système optique, il n'y a pas de contact et le rayon lumineux est de faible intensité, ce qui assure l'intégrité de l'élément étudié. Une fois l'appareil réglé, le résultat est quasi instantané (...)

Extraits

[...] Conclusion Nous venons de voir que la nature ondulatoire de la lumière peut nous permettre de quantifier, mesurer, avec une précision satisfaisante les variations d'épaisseur d'une lame de verre ou la planéité d'une surface. Cette deuxième méthode est de loin la plus intéressante car elle permet sans grande difficulté d'avoir des résultats surprenants. De plus elle est extrêmement rapide. Une fois l'image de phase d'une surface de référence enregistrée, il suffit d'une caméra, d'un projecteur et d'un ordinateur pour évaluer en quelques dixièmes de secondes la ressemblance des deux pièces ou plus généralement les défauts de la seconde si la première est considérée comme parfaite. [...]

[...] Il ne faut surtout pas la prendre avec une pince crocodile car cette dernière va exercer des torsions sur la lame et les résultats seront faux. J'ai donc coincé un coin de la lame dans un bout de polystyrène, lui-même maintenu par une pince. Evidement, un coin de la lame sera alors dans l'ombre, il suffit de faire les mesures pour la partie visible puis de tourner la lame d'un demi-tour pour compléter les points qui manquent. Il est important aussi de placer la lame le plus près possible du miroir sinon il apparait un dédoublement de bord de la lame sur l'image projetée. [...]

[...] II Recherche de la planéité d'une surface à l'aide du caractère ondulatoire de la lumière, interférométrie de Moiré Présentation, théorie Nous allons essayer maintenant d'élargir notre étude à tout type de surface. Et ce en utilisant une nouvelle fois la nature ondulatoire de la lumière, mais de manière différente que précédemment. Auparavant ce sont les variations d'épaisseur de la lame de verre qui étaient la cause de la déformation des franges. Désormais des franges rectilignes seront projetées sur une surface et nous allons étudier de quelle façon elles seront réfléchies, ou plutôt de quelle façon l'observateur les observera. [...]

[...] Roblot Pierre Concours des grandes écoles - TIPE 2010 Lycée Berthollet-ANNECY Comment la nature ondulatoire de la lumière peut-elle apporter une information sur les variations d'épaisseur d'une lame de verre ou sur la planéité d'une surface? Michelson-Moiré Note obtenue aux concours : 18.4 Sommaire Introduction I Mesure de la variation d'épaisseur d'une lame de verre grâce à l'appareil interférométrique Michelson Présentation de l'appareil Théorie de la mesure Réglage de l'appareil et expérience Résultats et interprétations II Recherche de la planéité d'une surface à l'aide du caractère ondulatoire de la lumière, Interférométrie de Moiré Présentation, théorie Exemples Expérience Résultats Conclusion Introduction L'exploitation de la nature ondulatoire de la lumière donne aujourd'hui aux physiciens la capacité d'étudier le profil de certaines surfaces par voie optique. [...]

[...] Ainsi en ayant une photographie de l'écran, il suffit de la quadriller, manuellement ou informatiquement pour pouvoir lire le et donc connaitre le en chaque point de se quadrillage. Evidement la précision de la mesure dépend en grande partie de se dernier. Réglage de l'appareil et expérience Premièrement j'ai construit mon propre Michelson. En voici une photo: On voit bien les deux miroirs, un cube séparateur au centre, jouant le même rôle que la séparatrice et la compensatrice. On aperçoit également au premier plan le disperseur de faisceau et la lame maintenue grâce à du scotch. [...]