TP Michelson
TP Michelson
TP Michelson
INTERFEROMETRE DE MICHELSON
But : se familiariser avec l’interféromètre et illustrer les situations rencontrées en cours.
I- Description de l’interféromètre
Ci-dessous le schéma des deux interféromètres utilisés au lycée.
Le verre anticalorique absorbe les éventuels rayonnements thermiques en provenance des sources.
La face interne de la séparatrice est semi réfléchissante (coefficients de réflexion et de transmission égaux).
La lame compensatrice est identique à la séparatrice mais n’est pas traitée pour être semi réfléchissante.
L’orientation de la séparatrice est préréglée alors que la compensatrice est orientable (repérer les vis de
réglage).
Les deux miroirs sont également orientables (vis de réglage grossier sur M1 et de réglage fin sur M2). Vérifier
que ces vis ne sont pas en butée pour permettre un réglage dans les deux sens.
Recommandations
L’interféromètre de Michelson est un instrument fragile, cher, à manipuler avec le plus grand soin.
Notamment, NE JAMAIS TOUCHER LES MIROIRS, NE PAS APPROCHER LA FLAMME D’UN
BRIQUET.
Précautions d’utilisation des lasers : NE JAMAIS REGARDER DANS L’AXE DU LASER et faire attention
aux réflexions. Toutes les observations se font sur un écran.
II - Réglages préliminaires
Le but des réglages qui suivent est d’assurer, de façon grossière :
Le parallélisme de la séparatrice et de la compensatrice
Le parallélisme du miroir M1 et de l’image M’2 de M2 par rapport à la séparatrice
Ces réglages basés sur des superpositions d’images sont assez grossiers mais s’ils sont réalisés avec soin, les
interférences doivent être visibles à l’issue de cette étape. Les réglages seront affinés ensuite à partir des
figures d’interférences.
2) Expérience
Eclairer les miroirs en incidence quasi-normale en prenant une source spectrale à vapeurs de sodium (Na) ou
de mercure (Hg). Le diaphragme placé devant la source lumineuse ne doit pas être trop fermé pour que la
figure d’interférences soit lumineuse.
Régler la position de la lampe, du diaphragme et du condenseur (= lentille convergente destinée à former un
faisceau parallèle) pour que les miroirs soient également éclairés.
Placer une feuille de papier calque sur le trajet du faisceau incident (pour éviter d’être ébloui !) et observer
à l’œil nu les franges rectilignes en accommodant sur M2.
Projeter ensuite la figure d’interférences sur un écran à l’aide d’une lentille convergente (bien réfléchir au
choix de la focale de la lentille afin d’avoir une image nette et un grandissement intéressant !).
ETUDE QUANTITATIVE (à faire en fin de TP si vous avancez vite ou lors d’une prochaine séance)
A effectuer avec une lampe à vapeur de sodium (principalement un doublet jaune à 589 nm et 589,6 nm) (ou
une lampe à vapeur en ajoutant un filtre vert pour sélectionner la raie verte λ = 546,1 nm)
Régler l’orientation d’un miroir (réglage fin si cela suffit) afin d’avoir une dizaine de franges à l’écran.
Charioter doucement le miroir M1 et expliquer ce qui se passe sur l’écran. Comment peut-on en
déduire la longueur d’onde ? Effectuer cette mesure et donner son incertitude.
MP et MP* Travaux Pratiques
3) Passage à la lame d’air
A partir de la situation du coin d’air, on désire passer en lame à faces parallèles. Il faut diminuer l’angle
entre les miroirs.
Comment, en observant la figure l’interférence et en jouant sur les vis de réglage fin, est-on sûr
qu’on diminue l’angle ?
Diminuer cet angle à partir de la situation de franges rectilignes très contrastées (proximité du contact
optique)
2) Expérience
Eloigner la source du condenseur pour éclairer les miroirs en lumière convergente.
Observer les anneaux à l’œil nu (toujours avec la feuille de papier claque sur le trajet du faisceau incident !)
sans accommoder (pour cela placer l’œil le plus près possible des miroirs).
Projeter les anneaux sur un écran placé dans le plan focal image d’une lentille de grande focale (50 cm à 1 m)
ou sur un écran placé à grande distance (1 à 2 m) s’il n’y a pas de lentille de grande focale.
Charioter et décrire les changements observés sur la figure d’interférences.
Comment savoir si on se rapproche ou si on s’éloigne du contact optique ?
Dans une situation où une dizaine d’anneaux est visible à l’écran et où le centre est brillant,
mesurer le diamètre des 4 ou 5 premiers anneaux brillants. Vérifier que le rayon du Kème
cercle est proportionnel à K .
Replacer la frange centrale au centre de l’écran et élargir l’interfrange pour revenir au contact optique. On est
à nouveau en lame à faces parallèles. Il faut donc éclairer les miroirs en lumière convergente et observer sur
un écran éloigné sans lentille de projection.
Charioter légèrement un miroir et observer les variations de couleur.
Intercaler entre la lampe et l’interféromètre une fente source placée au foyer d’une lentille convergente par
autocollimation. Faites ensuite l’image de la fente (après traversée de l’interféromètre) dans le plan focal
d’une lentille convergente de grande focale.
Intercaler un élément dispersif (réseau par ex) et commenter le spectre obtenu. Charioter
légèrement et commenter les modifications.
Table professeur
• Quelques briquets à gaz
• Diverses lentilles de projection (dont les lentilles de plus grande focale dont on dispose : 50 cm ? 1 m ?)
• Des prismes à vision directe
• Boîte de réseaux de diffraction