INDICES en OPTIQUE

-indices en optique

Selon le type et la fonction des rayons lumineux, on définit les indices suivants :

INDICE DE RÉFRACTION

L’indice relatif de réfraction est le rapport n*r(un nombre) entre la vitesse vA de propagation d’un rayon énergétique voyageant dans un milieu (A) et la vitesse vB  du même rayon quand il entre dans un autre milieu (B) pour y être réfracté

On formule donc:  n*= vA / vB

 

L’indice absolu de réfraction est le rapport n* a(un nombre) entre la vitesse vV de propagation d’un rayon énergétique voyageant dans le vide et la vitesse vB  du même rayon quand il entre dans un milieu (B) pour y être réfracté

Comme la lumière dans le vide se déplace à la même vitesse, quelle que soit sa longueur d’onde, vv est égal à (c = constante d’Einstein = 2,99792458 .108 m/s)

La formule cerrespondante est alors n*a = c/ vB

En se référant à l'ondelumineuse,on a aussi : n*= T*.c / ω

où T*(rad/m) est la courbure du vecteur d'onde etω la vitesse angulaire

 

En se référant aux champs de l'électromagnétisme, on peut aussi écrire : n*= c.B/ E

Eet Bsont respectivement les champs d'induction électrique(V/m) et magnétique(T)

 

Et en se référant à l'échelon particulaire, on a aussi : n*= h*v .e² Σ £i/ ε0.m.Δ

où h*v(part/m3)= densité volumique de molécules

e(C)= charge élémentaire

£(sans dimension)= variable dite force d'oscillation

e0= permittivité du vide (8,854.10-12unité S.I.+)

m = masse de l'électron (9,109.10-31kg)

Δf( Hz)= variation de fréquence des raies d'absorption

 

Valeurs pratiques d’indices absolus de réfraction

concernant la lumière traversant les milieux ci-après (à température ambiante 20°C )

Air : (# 1) c'est le plus faible indice et l'indice est plus précisément issu d’une formule virialisée en fonction du nombre d'onde

Eau pure: 1,331(si lumière rouge)--1,333(si lumière vert-jaune)--1,338(si lumière bleu)

Eau de mer: 0,4 % de plus que l'eau pure

Glace: 2 % de moins que l'eau pure

Autres liquides: 1,2 à 1,6

Verre Crown: 1,514(lumière rouge)--1,517(lumière verte-jaune)--1,523(lumière bleue)

Verre Flint moyen: 1,645(pour le rouge)--1,650(pour le vert-jaune)--1,665(pour le bleu)

Divers solides transparents: 1,3 à 2,5 (les + élevés étant quartz et diamant)

Polycarbonates(1,60)—Résines acryliques(1,50)

Il existe des métamatériaux, dont l'indice est inférieur à 1, avec lesquels les lois de l'Optique sont perturbées

 

Variation de l'indice absolu: elle peut être due à :

-un changement de température et l’indice n*a varie selon une formule de la forme

n*= n*o(1 + y.T)  où y est un coefficient allant de 3 à 16.10-4K-1selon le matériau

-une variation des dimensions de l’objet dans lequel l’indice est utilisé (le rayon de la fibre optique par exemple)

-un changement de la longueur d’onde

Elle est alors donnée par la loi de Cauchy: n* = K7+ K8 / l

avec n*(nombre)= indice de réfraction

l(m)= longueur d'onde

Ket K8 = coefficients dépendant du milieu et de la qualité du matériau (verre par ex.)

-un changement de la variabilité de l’expérience (cette variabilité peut être due à des conditions faisant bouger la direction du rayon lumineux, suite à des modifications ambiantes de pression, de densité et de température, comme par exemple dans les mirages) La variation est alors dite «gradient d'indice»

 

INDICE D’EXTINCTION : quand il y a un angle d'attaque rasant, il n’y a plus de réfraction et on ne peut plus définir d’indice

 

INDICE DE RÉFLEXION

Il s'agit d'un indice énergétique (yp)dit aussi coefficient de réflexion lumineuse ou coefficient de réflectance) tel que y= Pr/ Pi

Pet Pr(lx-m²)= respectivement puissance incidente lumineuse reçue et puissance réfléchie par le matériau

Valeurs pratiques de yen lumière blanche: tissu noir(5%)--zinc(60%)--neige(90%)--métaux brillants(95%)

yp est variable avec la longueur du rayonnement lumineux (il est plus faible pour des longueurs d'onde plus petites)

Nota : ce coefficient yest distinct du pouvoir réflecteur yF  qui compare, lui, la puissance réfléchie à la puissance d'un corps noir en conditions similaires

 

INDICE DE RENDU DE COULEURS (I.R.C.)

C'est une échelle de valeurs exprimant comment un appareil créateur de lumière peut restituer un juste équilibre de perception des couleurs du spectre visible

Valeur de base :lumière du jour (100)

Autres valeurs pour des lampes électriques >>

décroissant de 100 (lampe incandescente) jusqu'à 15 (lampes à vapeur de Na)

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