Réflexion optique
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La lumière incidente sur l'interface entre deux milieux peut être réfléchie, réfractée ou absorbée. Dans cet article, nous nous intéresserons tout spécialement à la lumière réfléchie bien qu'il nous arrivera de faire allusion à la lumière réfractée ou absorbée car ces trois phénomènes sont intimement liés. Nous aborderons tout d'abord la réflexion dans le cadre de l'optique géométrique, nous verrons qu'il existe une relation simple entre le rayon incident et le rayon réfléchi. Nous étudierons ensuite le phénomène de la réflexion en nous appuyant sur l'optique ondulatoire et nous montrerons que l'intensité de la lumière réfléchie dépend de l'angle d'incidence et de la polarisation. Nous conclurons enfin par un bref aperçu de la réflexion telle qu'elle est décrite en optique quantique. Mais avant de commencer nous allons parler des différents types de réflexion qui existent.
Sommaire |
[modifier] Les deux formes de la réflexion
La réflexion de la lumière peut être spéculaire ou bien diffuse suivant la nature de l'interface. Les lois de la réflexion ne s'appliquent qu'à la réflexion spéculaire ; une fois passée cette introduction, nous nous placerons implicitement dans le cas de la réflexion spéculaire et le cas de la réflexion diffuse ne sera plus considéré.
[modifier] La réflexion diffuse
La réflexion diffuse intervient sur les interfaces irrégulières, la lumière est réfléchie dans un grand nombre de directions et l'énergie du rayon incident est redistribuée dans une multitude de rayons réfléchis. Une application courante : l'écran de votre cinéma...cette diffusion permet de créer, de la manière la plus simple possible, une source ponctuelle ( dite isogène ) à partir du simple impact d'un seul rayon lumineux sur une surface diffusante.
[modifier] Réflexion spéculaire
La réflexion est dite spéculaire lorsque le rayon incident donne naissance à un rayon réfléchi unique. Idéalement, l'énergie du rayon incident se retrouve totalement dans le rayon réfléchi, en pratique une partie de l'énergie peut être absorbée ou diffusée au niveau de l'interface.
La qualité de la réflexion dépend de la qualité de l'interface, dès que la taille des défauts de l'interface est inférieure ou de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde, l'interface tend à devenir parfaitement réfléchissante. C'est pourquoi une surface de métal brut qui diffuse fortement devient parfaitement réfléchissante quand on la polit (on l'abrase jusqu'à ce que la taille des défauts soit comparable à la longueur d'onde de la lumière).
Si l'on construit un miroir pour la lumière visible, la taille des défauts ne doit pas excéder quelques centaines de nanomètres. Pour les ondes radios ou les ondes radars ces défauts peuvent être de l'ordre de quelques centimètres, au lieu de construire des miroirs dont la surface métallique est uniforme on peut se contenter d'une surface plus grossière de type « grillage ».
[modifier] La réflexion en optique géométrique
La réflexion en optique géométrique obéit aux lois de Snell-Descartes. Le rayon lumineux est dit incident avant d'avoir rencontré la surface réfléchissante, il est dit réfléchi après. Le point de rencontre du rayon incident et de la surface réfléchissante est appelé point d'incidence. Le plan contenant le rayon incident et la normale à la surface réfléchissante au point d'incidence est dit plan d'incidence.
On appelle angle d'incidence l'angle orienté θ1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon incident. On appelle angle de réflexion l'angle orienté θ2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfléchi. Les angles θ1 et θ2 sont positifs si orientés dans le sens trigonométrique, négatifs sinon. Attention : certains auteurs utilisent d'autres conventions.
Moyennant ces définitions la loi de la réflexion s'énonce ainsi :
- le rayon incident et le rayon réfléchi sont dans le plan d'incidence
[modifier] La réflexion en optique ondulatoire
Une onde dont la fréquence est de l'ordre de quelques mégahertz peut se réfléchir sur une des couches ionisées de la haute atmosphère.
[modifier] Voir aussi
[modifier] Articles connexes
- La réflexion en général en physique. (Changement de direction d'une onde à l'interface entre deux milieux)
- la Réflectivité est la propriété des surfaces des matériaux sur lesquels les ondes se réfléchissent.
- Les miroirs sont des surfaces réfléchissantes.
- Miroir sphérique
- Optique géométrique
- Lois de Snell-Descartes
- Chemin optique
