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LLOOGGUUEE 2200

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1

SOMMAIRE

TP "Avancés"

• Effet Pockels et Modulation Electro-Optique p.3 • Effet et Modulation Acousto-Optique p.4 • Caractéristiques Electriques et Optiques d’une Diode Laser p.5 • Etude d’un LASER p.6 • Telecom Optique WDM p.7 • Transmission Optique p.8 • Radiométrie et Photométrie p.9 • Triangulation Laser p.9 • Lecteur CD p.9 • Lecteur Code Barre p.10 • Vibromètre Laser p.10 • Anémomètre Laser p.10 • Fibre Optique p.11 • Ellipsométrie : Principes et Applications p.12 • Traitement Optique d’Images et Reconnaissance de Formes p.13 • Photographie de Speckle p.14

TP "Classiques"

• Diffraction et Interférences p.15 • Anneaux de Newton p.16

Une documentation détaillée de chaque TP est téléchargeable sur notre site : http://www.didaconcept.com

T P " C L E E N M A I N "

� l’ensemble des matériels nécessaires à la réalisation d’expériences (Possibilité de ne commander

qu’une partie du matériel)

� un cours sur les thèmes abordés lors du TP

� un texte de TP permettant de guider et d’évaluer le niveau de compréhension de l’étu

� une notice de résultats et commentaires destinée à l’enseignant

� une validation pédagogique et qualification des matériels

� une option d’installation sur site et de formation des utilisateurs à un coût réduit

Tous des documents sont fournis au f

les adapter et les utiliser en fonction de ses besoins.

Une documentation détaillée de chaque TP est téléchargeable : http://www.didaconcept.com

" C O M P R E N A N T :

l’ensemble des matériels nécessaires à la réalisation d’expériences (Possibilité de ne commander

un cours sur les thèmes abordés lors du TP

un texte de TP permettant de guider et d’évaluer le niveau de compréhension de l’étu

une notice de résultats et commentaires destinée à l’enseignant

une validation pédagogique et qualification des matériels

une option d’installation sur site et de formation des utilisateurs à un coût réduit

Tous des documents sont fournis au format Word pour permettre à l’enseignant de les modifier,

les adapter et les utiliser en fonction de ses besoins.

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l’ensemble des matériels nécessaires à la réalisation d’expériences (Possibilité de ne commander

un texte de TP permettant de guider et d’évaluer le niveau de compréhension de l’étudiant

une option d’installation sur site et de formation des utilisateurs à un coût réduit

ormat Word pour permettre à l’enseignant de les modifier,

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T P : E F F E T P O C K E L S E T M O D U L A T I O N É L E C T R O - O P T I Q U E

Composition du TP

Banc optique prismatique (1 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 5 Cavalier à déplacement micrométrique 25mm 1 Laser He-Ne 0,8 mW, polarisation linéaire 1 Polariseur de précision avec monture rotative 1 Lame demi-onde quartz avec monture rotative 1 Lame quart d’onde quartz avec monture rotative 1

Modulateur EO / Cellule de Pockels (LiNbO3) 1 Alimentation de commande cellule de Pockels 1 Détecteur amplifié à gain réglable 1 Poste Radio 1 Paire de Haut parleur 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Thèmes abordés

Polarisation de la lumière : rectiligne, elliptique, circulaire Polariseur, Loi de Malus Biréfringence naturelle Etude des lames retard de phase : λ/2 et λ/4 Changement de l’état de polarisation de la lumière Biréfringence induite par un champ électrique

Commentaires

Ce TP, récompensé lors de son lancement au salon Educatec (Paris - 1999), a déjà été adopté par plus d’une cinquantaine d’établissements (Lycées, IUT, Universités, Ecoles d’Ingénieurs, …). Un de ses atouts est qu’il utilise une cellule de Pockels et une alimentation de commande spécifiquement conçues pour l’enseignement, c’est à dire sans sur-qualité … ce qui lui permet d’être économiquement attrayant ! Ce TP offre la possibilité d’étudier l’effet électro-optique sous différents angles en fonction du niveau des étudiants et du programme de la formation. Enfin, les effets spectaculaires de ce TP en font un outil attractif de Promotion de la Physique lors de journées portes ouvertes ou de fête de la Sciences !

Ce produit a obtenu une médaille de Bronze dans la catégorie "nouveaux produits pédagogiques pour

l’enseignement supérieur" lors du Salon EDUCATEC (Paris - 1999)

Effet électro-optique linéaire, effet Pockels Tension demi-onde (Vπ), fonction de transfert Modulation de polarisation, Modulation d’amplitude Transmission optique de signaux : sinus, carré, audio Cristal de Niobate de Lithium (LiNbO3) Mesures de coefficients électro-optiques

Ref : TP/EO

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Composition du TP

Banc optique prismatique (1 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 4 Cavalier à réglage angulaire 1 Laser He-Ne 0,8 mW, polarisation linéaire 1 Polariseur de précision avec monture rotative 1 Lame demi-onde quartz avec monture rotative 1 Modulateur / Déflecteur acousto-optique (Bragg) 1 Alimentation de commande cellule acousto-optique 1 Support modulateur avec réglage horizontalité 1

Détecteur amplifié à gain réglable 1 Ecran numérique Ovisio 1 Ecran blanc métallique avec face graduée 1 Poste Radio 1 Paire de Haut parleur 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Thèmes abordés

Cellule de Bragg (Raman-Nath sur demande), étude des faisceaux diffractés en fonction de la fréquence de l’onde acoustique Détermination de l’angle de diffraction, calcul du pas du réseau et du temps d’accès Evaluation de la vitesse de l’onde acoustique dans le matériau Mesure de l’intensité de diffraction en fonction de la puissance de l’onde acoustique

Commentaires L'effet acousto-optique concerne l'interaction entre une onde ultrasonore et une onde optique dans un milieu solide ou liquide. Les expériences proposées sont riches pédagogiquement puisqu'elles permettent non seulement d'étudier les différents phénomènes physiques intervenant lors de l'interaction acousto-optique mais aussi de proposer un aperçu des applications potentielles aussi bien en modulation d’intensité qu’en déflexion. Les mesures et observations peuvent être obtenues à l’aide d’un écran quadrillé ou d’une photodiode mais également par le biais de l’écran numérique Ovisio directement connecté à un ordinateur (logiciel d’acquisition et de traitement fourni). Les systèmes acousto-optiques sont utilisés dans de nombreux domaines (imprimante laser, scanner, projection, laser impulsionnel, filtres accordables …).

Calcul du rendement de diffraction et de l’absorption du milieu Etude de la modulation acousto-optique : application à l’inscription et au transport d’un signal audio Déflecteur acousto-optique : application à la projection et à l’adressage optique

Ref : TP/AO

T P : E F F E T E T M O D U L A T I O N A C O U S T O - O P T I Q U E

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Composition du TP

Ref : TP/DLAS

Banc optique (1 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 3 Diode Laser (650 nm – 7 mW) et son support 1 Alimentation et Contrôleur T° pour Diode Laser 1 Porte objectif sur tige avec réglage X,Y = 1,5mm 1 Objectif de microscope 10x / 0,2 1 Porte lame mince sur tige 1

Réseau de diffraction (600 tr/mm) 1 Polariseur avec monture rotative 1 Mesureur de puissance laser portable 1 Ecran numérique oVisio 1 Ecran blanc quadrillé 200x200 mm 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Thèmes abordés

Courbe courant/tension d’une diode laser Mesure de la puissance optique en fonction du courant de la photodiode interne de la diode (courant de moniteur) Calcul du taux de conversion (mA/mW) Courbe de puissance optique/courant d’injection Calcul du rendement électrique-optique Détermination du seuil d’oscillation

Commentaires

Une diode laser est d’un point de vue électronique une diode à semi-conducteur. Elle possède donc une caractéristique ILD = f (ULD) (courant de la diode en fonction de la tension à ses bornes) de même allure qu’une diode normale. Cette caractéristique présente donc un seuil au delà duquel le courant va pouvoir traverser la diode, puis une forte pente faisant augmenter rapidement le courant en fonction de la tension. Pour cela, et afin de contrôler efficacement la diode, il est d’usage d’alimenter la diode par un générateur de courant et non par un générateur de tension. Les techniques d’alimentation des diodes lasers sont abordées dans ce TP, notamment par l’utilisation d’un contrôleur de diode laser. L’étude des caractéristiques optiques est également menée par le biais d’outil de visualisation performant.

Variation du seuil d’oscillation avec la T° Variation de la puissance optique avec la T° Variation de longueur d’onde avec le courant d’alimentation et la T° Mesure de la divergence du faisceau émis Mesure du taux de polarisation en fonction de la puissance optique

T P : E T U D E D E S C A R A C T É R I S T I Q U E S É L E C T R O N I Q U E S E T O P T I Q U E S D ’ U N E D I O D E L A S E R

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Ref : TP/LAS

T P : E T U D E D ’ U N L A S E R

Banc optique prismatique (2 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 4 Cavalier à déplacement micrométrique 25mm 2 Cavalier pour banc prismatique, platine 25 mm X, 40 mm Z 1 Tube à plasma He-Ne 3,5 mw - polarisé 1 Alimentation de laboratoire pour tube Laser 1 Miroir de sortie semi-réfléchissant (f=45 cm) 1 Monture de miroir avec 2 vis de réglage fin 1 Diaphragme à iris sur tige 1

Support en Vé pour fixation tu laser 2 Polariseur 1 Ecran blanc métallique, quadrillé 1 Lentille (f=15 cm) et son support 1 Mesureur de puissance portable 1 Spectromètre USB avec fibres 1 Webcam avec logiciel d’acquisition et de traitement 1 Documentation (texte de TP + notice de résultats) 1

Thèmes abordés Réglage et alignement d’une cavité Laser via un miroir externe Méthode d’autocollimation, cavité résonnante, effet Laser Etude des conditions de stabilité de la cavité Mesure de la puissance d’émission Etude des propriétés géométriques : profil spatial, faisceau gaussien, col (wlongueur de Rayleigh (Zr), divergence Focalisation du faisceau laser par une lentille

Quelques résultats expérimentaux …

Etude des spectres du gaz Hélium-Néon et du rayonnement Laser, monochromaticité, luminescence Etude de la polarisation, mesure du taux de polarisation Observation des différents modes transverses Option : Etude des battements, modes longitudinaux, calcul précis de la longueur de la cavité

Expérience : "stabilité de la cavité"

Expérience : "modes spatiaux" Expérience : "spectre Laser" Expérience : "stabilité de cavité"

Composition du TP

Composition du TP

Banc magnétique 495x620mm Pied magnétique (élémentaire et haute stabilité)Laser compact vert non polarisé 532 nm/3-5 mW Diode Laser rouge modulable 670 nm/3 mWAlimentation Diode Laser modulable Support Diode Laser modulable Polariseur de précision avec monture rotativeLame quart d’onde Mica avec monture rotativeDispositif de déplacement horizontal Dispositif d’ajustage XY Anneau adaptateur Modulateur EO / Cellule de Pockels (LiNbOAlimentation de commande cellule de Pockels

Thèmes abordés

Diode Laser, modulation directe d’intensité Effet électro-optique linéaire, effet Pockels, modulation indirecteModulation de polarisation, Modulation d’amplitudeTransmission optique de signaux : sinus, carré, audioCristal de Niobate de Lithium (LiNbO3), tension demiMesures de coefficients électro-optiques par différentes techniquesChangement de l’état de polarisation de la lumière

Commentaires

Le multiplexage en longueur d’onde consiste à transmettre dans un même conduit, une fibre optique, plusieurs canaux à différelongueurs d’onde, chacun d’entre eux étant porteur d’information. L’objectif principal de ce TP est d’aborder et d’étudier lesignaux (vidéo, audio) sur deux porteuses optiques (rouge et verte) jusqu’à leur réception, en passant par leur transport et

T P : T É L É C O M O P T I Q U E M U L T I P L E X A G E E N L O N G U

1 Pied magnétique (élémentaire et haute stabilité) 12

5 mW 1 Diode Laser rouge modulable 670 nm/3 mW 1

1 1

Polariseur de précision avec monture rotative 2 c monture rotative 1

3 6 6

Modulateur EO / Cellule de Pockels (LiNbO3) 1 Alimentation de commande cellule de Pockels 1

Coupleur fibré 50/50 acConnectique FC/PC pour fibre optiqueObjectif de microscope 10/0,25Réseau de diffraction (600 tr/mm)Support pour réseau de diffractionSystème de détection amplifiée à gain réglablePoste radio Paire de haut parleur Lecteur DVD Téléviseur couleur 35cmCours sur les thèmes abordésTexte de TP (étudiant)Notice de résultats et commentaires

optique linéaire, effet Pockels, modulation indirecte

Modulation de polarisation, Modulation d’amplitude : sinus, carré, audio

), tension demi-onde (Vπ) optiques par différentes techniques

Changement de l’état de polarisation de la lumière

Le multiplexage en longueur d’onde consiste à transmettre dans un même conduit, une fibre optique, plusieurs canaux à différelongueurs d’onde, chacun d’entre eux étant porteur d’information. L’objectif principal de ce TP est d’aborder et d’étudier les différentes parties d’une liaison de télécommunication optiquesignaux (vidéo, audio) sur deux porteuses optiques (rouge et verte) jusqu’à leur réception, en passant par leur transport et

Injection d’un signal dans une fibre optique Etude d’un coupleur fibréMultiplexage en longueur d’onde (WDM)Démultiplexage, diffraction par un réseauDémodulation Transmission optique de signaux vidéo et audio

P T I Q U E U L T I P L E X A G E E N L O N G U E U R D ’ O N D E

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Coupleur fibré 50/50 achromatique connectorisé 1 Connectique FC/PC pour fibre optique 3 Objectif de microscope 10/0,25 3 Réseau de diffraction (600 tr/mm) 1 Support pour réseau de diffraction 1 Système de détection amplifiée à gain réglable 2

1 1 1

Téléviseur couleur 35cm 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Le multiplexage en longueur d’onde consiste à transmettre dans un même conduit, une fibre optique, plusieurs canaux à différentes

s différentes parties d’une liaison de télécommunication optique : de l’inscription de signaux (vidéo, audio) sur deux porteuses optiques (rouge et verte) jusqu’à leur réception, en passant par leur transport et leur détection.

Injection d’un signal dans une fibre optique Etude d’un coupleur fibré Multiplexage en longueur d’onde (WDM) Démultiplexage, diffraction par un réseau

Transmission optique de signaux vidéo et audio

Ref : TP/WDM

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Composition du TP

Banc magnétique MagMax 495x620mm plastifié 1 Cavalier magnétique standard 8 Cavalier magnétique à réglage fin latéral 2 Led haute luminosité connectorisée et précollimaté 2 Ensemble de composants et montures pour le multiplexage 1 Fibre optique plastique de 1,5 m gainée et connectorisée 1 Ensemble de composants et montures pour le multiplexage 1

Photodiode montée et connectorisée 2 Manuel complet des expériences et protocoles conseillés 1 Compléments proposés : - "Optique" : spectromètre, source blanche, fibre, jeu de

raccords - "Electronique" : Générateur de signaux, Oscilloscope - "Multimedia" : Radios, Haut parleurs -

Thèmes abordés

Fibre optique et télécoms optiques : Angle d’ouverture, optimisation de l’injection d’une fibre Absorption, influence de la longueur de transmission Pertes de raccordement et d’injection Méthodes de multiplexage et démultiplexage Calculs de bande passante théorique Architecture réseau optique

Commentaires

Ensemble d’expériences alliant une synthèse des techniques les plus pointues et une approche pédagogique simple et aisément compréhensible. En quelques heures d’expérience, les notions fondamentales suivantes sont abordées et comprises : Transmission Optique d’un signal, Multiplexage et démultiplexage de longueur d’onde. Le système comprend une base fonctionnelle pouvant être complétée par deux ensembles optionnels afin de former un système de Travaux Pratiques modulaires pour des TP de 2 à 8 heures.

Optique traditionnelle : Diffraction par des réseaux Spectres de sources lumineuses Filtres colorés et filtre interférentiels Collimation, montage dispersifs en longueur d’onde Electronique analogique : Adaptation et conformation de signaux Bande passante, fréquence de coupure

Ref : TP/TOM

T P : T R A N S M I S S I O N O P T I Q U E P A R M U L T I P L E X A G E

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Cette série d'expériences permet de se familiariser avec les unités photométriques en vigueur. Différentes méthodes de calibration sont abordées et expliquées d'un point de vue théorique.

Dans cette expérience la détection des données, l'asservissement de la tête laser, les composants optiques et plus encore sont étudiés sur un lecteur CD ouvert. Des accès permettent d'étudier tous les sous-ensembles importants du lecteur. Les signaux électriques sont visualisés et interprétés via un oscilloscope.

T P : P H O T O N I Q U E

Thèmes abordés

- corps noir - rayonnement thermique - lumière "froide" - sensibilité de l'œil humain - unités photométriques - lampe de calibration

Thèmes abordés

- diode laser - détecteur sensible à la position - imagerie optique - mesure de distance - détecteur de présence

TP "Triangulation Laser"

Thèmes abordés

- diode laser - focalisation - détection de la lumière - système de contrôle du lecteur - signaux CD - structure des CD

TP "Lecteur CD"

TP "Radiométrie et Photométrie"

La technique de triangulation est une technique bien connue de l'optique classique - particulièrement de la géodésie - pour mesurer des distances. La combinaison du laser avec cette technique classique permet d'ouvrir de nouveaux champs d'application pour la mesure de distance par laser.

Ref : TP/RPH

Ref : TP/TLAS

Ref : TP/CD

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Le coeur de cette expérience est un miroir polygonal rotatif. Un faisceau laser réfléchi par le miroir rotatif balaye l'espace et forme une ligne. Lorsque le faisceau frappe un objet une partie plus ou moins importante de la lumière est renvoyée vers un détecteur. Dans le cas d'un code-barres la modulation de l'intensité réfléchie permet de remonter au code.

Cette expérience permet de montrer comment générer un dessin arbitraire à partir d'un laser à solide et de deux scanners. Les deux scanners sont utilisés pour dévier le faisceau dans deux directions orthogonales et permettent de projeter une forme quelconque sur un écran.

Un anémomètre laser mesure la vitesse d'un fluide grâce à l'effet Doppler, un phénomène physique découvert par Christian Doppler en 1842. L'anémomètre laser ne peut mesurer directement la vitesse d'un fluide, il utilise la lumière diffusée par les particules véhiculées dans le fluide.

T P : P H O T O N I Q U E

Thèmes abordés

- types de code-barres - laser He-Ne - miroir polygonal rotatif - algorithme de lecture - reconnaissance de code-barres - photo-détecteurs

TP "Lecteur Code Barre"

Thèmes abordés

- laser à solide - galvo-scanner - scanner en boucle fermée - imagerie

TP "Vibromètre Laser"

Thèmes abordés

- interférence à deux ondes - effet Doppler - diffusion de la lumière - mesures de vitesses - transformée de Fourier

TP "Anémomètre Laser"

Ref : TP/CB

Ref : TP/VL

Ref : TP/AL

11

Composition du TP

Thèmes abordés

Mesures de base servant à caractériser une fibre optique Réglage et optimisation de l’injection, mesure de pertes Détermination expérimentale de l’ouverture numérique Calcul de l’indice de la gaine Détermination expérimentale du profil d’indice du cœur, profil parabolique d’une fibre à gradient d’indice

Commentaires

Le but du TP proposé est d’étudier différentes caractéristiques d’une fibre optique sans avoir besoin d’instruments performants et onéreux (type analyseur de spectre ou refléctomètre). Ce TP est particulièrement bien étudié pour débuter une formation et initier les étudiants à la manipulation et aux précautions à prendre lors de mesures sur une fibre optique. Outre les techniques « classiques » utilisées sur les fibres, ce TP propose également deux méthodes originales pour la mesure du profil d’indice et du diamètre du cœur de la fibre.

Mesure du diamètre du cœur par méthode optique Calcul de la fréquence normalisée, du nombre de modes dans la fibre, de la longueur d’onde de coupure Observation du comportement en lumière polarisée, dépolarisation par une fibre.

Banc optique prismatique (2 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 3 Cavalier à translation X et Y 25mm 2 Cavalier à réglage vertical pour banc prismatique 2 Laser compact vert 3-5 mW non polarisé 1 Adaptateur pour objectif de microscope 1 Objectif de microscope 20X / 0,4 et 10X/0,25 3 Porte objectif sur tige 1 Fibre optique 100/140 à gradient d’indice (2m) 1 Connecteur FC/PC pour fibre 2 Porte composant diamètre 40mm 2

Lanterne très haute luminosité 12V 75W 1 Micromètre objet 1 Support de micromètre 1 Décalage d’axe sur tige 1 Polariseur avec monture rotative 2 Ecran blanc métallique avec une face quadrillée 1 Mesureur de puissance laser portable 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Ref : TP/FO

T P : F I B R E O P T I Q U E

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Composition du TP

Thèmes abordés Principe de l’ellipsométrie, ellipsométrie par extinction Polarisation de la lumière, identification des axes rapide et lent d’une lame à retard de phase Détermination des angles ellipsométriques d’un matériau Mesure des indices d’un substrat de silicium (n et k) Mesure de l’indice (n) et de l’épaisseur (e) d’une monocouche de SiO2 sur substrat de silicium Mesure des indices d’un métal – Aluminium (n et k),

Commentaires

Ce TP est le fruit d’une collaboration avec un Laboratoire de recherche spécialisé en éllipsométrie qui présente un savoir faire d’une vingtaine d’années sans ce domaine (LPMD - Université Paul Verlaine - Metz). L’ellipsométrie est une technique de mesure optique non destructive largement utilisée dans le milieu industriel (mesures d’épaisseurs, de propriétés optiques, cartographie de couches…). Ce TP "clé en main" (cours/texte de TP/notice de résultats) permet une approche théorique et pratique de l’éllipsométrie. Le materiel sélectionné est adapté, précis et robuste. Le logiciel spécifiquement dévelloppé en fait un outil de caractérisation précis et innovant. De plus, la base de ce materiel peut être utilisé pour d’autres types d’études (Réflexion vitreuse, Brewster, Polarisation…). .

Mesure des indices du verre (n et k) Etude des conséquences d’une variation de l’angle d’incidence sur les indices d’un échantillon Etude de l’effet d’un changement de longueur d’onde sur n et e Mise en évidence de l’influence d’une erreur de mesure sur les valeurs de n, k et e. .

Ellipsomètre de précision, plateau porte réseau, 2 bras mobiles 1 Substrat Silicium diam. 25,4 mm 1 Monocouche SiO2 (100 nm) sur Silicium diam. 25,4 mm 1 Substrat d’Aluminium 1 Substrat de verre 1 Laser vert 532 nm Classe II 1mW sur tige 1 Diode laser rouge 650 nm Classe II 1mW sur tige 1

Polariseur circulaire (polarisant + quart onde) 1 Polarisant linéaires en monture simple 2 Lame quart d'onde polaroïd 560 nm en monture à billes 1 Détecteur luxmètre sur tige 1 Logiciel "Ellipso" de calcul d'indices et d'épaisseur 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Ref : TP/EL

T P : E L L I P S O M E T R I E : P R I N C I P E S E T A P P L I C A T I O N S

Thèmes abordés Diffraction de Fraunhofer (fente, trou, carré, rectangle, …)Transformée de Fourier Optique et ses propriétésFiltrage passe haut et passe bas de fréquences spatialesd’Abbe (filtrage d’une grille) – Détramage de photographie Strioscopie – Détection de contours

Commentaires

Dans le traitement optique de l’information, l’application la plus investiguée est la reconnaissance des formes. Elle est basméthode de la corrélation. Il est possible de vérifier que la détection de l’objet à reconnaître est insensible aux transplan d’entrée du corrélateur optique. Par contre, sa détection est sensible à la rotation et au changement d’échelle. Cette fdétection peut être considérée comme un avantage majeur du corrélateur optique. Il peut donc distinguene diffèrent entre elles que par des détails très subtils. Le matériel proposé est parfaitement adapté pour des réglages de précision et la Webcam associée à son logiciel est idéale potraitements aisés et rapides des figures observées.

Composition du TP

Banc optique prismatique (2 m) avec jeu de piedsCavalier standard pour banc prismatique Cavalier à déplacement micrométrique 25mmCavalier avec platine 25 mm X + crémaillère ZLaser compact vert 1 mW non polarisé Porte objectif sur tige avec réglage X,Y = 1,5mmObjectif de microscope 20x / 0,4 Lentille dia. 40, traitée antireflet, biconvexe Porte composant diamètre 40mm Diaphragme à iris sur tige Diapositive 5X5 cm (objet pour filtrage)

T P : T R A I T E M E N T O P T I Q U E D E T R E C O N N A I S S A N C E D E

(fente, trou, carré, rectangle, …) et ses propriétés

Filtrage passe haut et passe bas de fréquences spatiales : Expérience Détramage de photographie –

Dans le traitement optique de l’information, l’application la plus investiguée est la reconnaissance des formes. Elle est basIl est possible de vérifier que la détection de l’objet à reconnaître est insensible aux trans

plan d’entrée du corrélateur optique. Par contre, sa détection est sensible à la rotation et au changement d’échelle. Cette fdétection peut être considérée comme un avantage majeur du corrélateur optique. Il peut donc distinguene diffèrent entre elles que par des détails très subtils.

Le matériel proposé est parfaitement adapté pour des réglages de précision et la Webcam associée à son logiciel est idéale pores observées.

Montage 4f – Réponse impulsionnelle de filtresCorrélateur Optique (lettre "R" et "O" dans le mot "FOURIER")Etude de la corrélation en fonction de la translation, rotation ou du changement d’échelle dans le plan objet.

pieds 1 6

Cavalier à déplacement micrométrique 25mm 3 Cavalier avec platine 25 mm X + crémaillère Z 1

1 Porte objectif sur tige avec réglage X,Y = 1,5mm 1

1 4

4 1 4

Diapositive diam.40mm Filtre adapté "R" et Jeton de diffraction verre, diam. 40 mm Porte composant /diapo rotatif à billesPorte lame mince largeur 20mm sur tigeBague pour composant diam.40mmMonture sur tige pour bague diam.40mmWebcam High Speed USBLogiciel d'acquisition et de traitement "Correloptic"Texte de TP (étudiant)Notice de résultats et commentaires

P T I Q U E D ’ I M A G E S E C O N N A I S S A N C E D E F O R M E S

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Dans le traitement optique de l’information, l’application la plus investiguée est la reconnaissance des formes. Elle est basée sur la Il est possible de vérifier que la détection de l’objet à reconnaître est insensible aux translations dans le

plan d’entrée du corrélateur optique. Par contre, sa détection est sensible à la rotation et au changement d’échelle. Cette finesse de la détection peut être considérée comme un avantage majeur du corrélateur optique. Il peut donc distinguer des formes complexes qui

Le matériel proposé est parfaitement adapté pour des réglages de précision et la Webcam associée à son logiciel est idéale pour des

Réponse impulsionnelle de filtres ue – Reconnaissance de formes

(lettre "R" et "O" dans le mot "FOURIER") Etude de la corrélation en fonction de la translation, rotation ou du changement d’échelle dans le plan

Diapositive diam.40mm Filtre adapté "R" et "O" 2 Jeton de diffraction verre, diam. 40 mm 2 Porte composant /diapo rotatif à billes 1 Porte lame mince largeur 20mm sur tige 1 Bague pour composant diam.40mm 3 Monture sur tige pour bague diam.40mm 1 Webcam High Speed USB 1

giciel d'acquisition et de traitement "Correloptic" 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Ref : TP/CO

14

Composition du TP

Banc optique (1 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 3 Cavalier à déplacement micrométrique 25 mm 1 Laser He-Ne 0,8 mW, non polarisé 1 Verre dépoli 1 Support de verre dépoli 1

Objectif de microscope achromatique 10X 1 Porte objectif sur tige 1 Webcam High Speed USB 1 Logiciel d'acquisition et de traitement "Speckle" 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Thèmes abordés

Répartition d’intensité dans une figure de Speckle Etude des tailles des grains de Speckle et de leurs évolutions en fonction de paramètres géométriques Mise en évidence des défauts de l’œil : myopie, hypermétropie Transformée de Fourier 2D, système d’interférences Mesure quantitative de déplacement micrométrique, étude de l’interfrange en fonction de l’amplitude du déplacement Détermination de la direction d’une translation par mesure de l’inclinaison des franges

Commentaires

Le Speckle ou granularité Laser s’observe à chaque fois qu’un objet diffusant est éclairé par une source cohérente (ex : Laser). Cet effet indésirable en holographie ou en astronomie peut être très utile dans d’autres domaines (ex : traitement d’image, mesure de déplacement, rotation, déformation, vibration, rugosité, vitesse, etc…). Le TP se propose d’introduire de manière qualitative la notion de Speckle et de permettre la mesure quantitative de la direction et de l’amplitude de déplacements micrométriques. Le logiciel, qui a été spécifiquement développé pour l’enseignement, autorise également de nombreuses possibilités d’expériences et d’analogies avec d’autres domaines de la Physique (voir thèmes abordés).

Etude de l’influence de la taille des grains de Speckle sur la résolution et la précision des mesures de déplacement Expositions multiples, maxima principaux et secondaires Analogie avec l’holographie, les interférences par des trous d’Young, les écrans complémentaires, etc… Enregistrement de séquence vidéo et exploitation d’images pour études de vibration et déformation de structure

Ref : TP/SPE

T P : P H O T O G R A P H I E D E S P E C K L E

15

Composition du TP

Banc optique (1,5 m) avec jeu de pieds 1 Cavalier standard pour banc prismatique 2 Cavalier avec platine 25 mm X + crémaillère Z 1 Laser compact vert 1 mW non polarisé 1 Fentes simple de diffraction métal sur verre 1 Fentes d’Young (double) métal sur verre 1 Fentes multiples métal sur verre 1 Fentes et traits pleins métal sur verre (Babinet) 1

Trous simples, d’Young et carrés métal sur verre 1 Porte composant quadruple à barillet 1 Réseau de diffraction 100 traits/mm 1 Porte lame mince largeur 20mm sur tige 1 Ecran numérique oVisio (Webcam, Logiciel, …) 1 Cours sur les thèmes abordés 1 Texte de TP (étudiant) 1 Notice de résultats et commentaires 1

Thèmes abordés Diffraction de Fraunhofer, de Fresnel, Interférences Observation et Mesure de positions, d’intensités Diffraction par des fentes simples verticales ou horizontales de largeur variable : 20, 40, 70 et 100 µm Diffraction par différentes fentes doubles de largeur 70µm, avec une distance inter-fente de 200, 300 et 500 µm Diffraction par des fentes multiples, constituées de 3, 4, 6 et 14 fentes de largeur 40 µm avec un pas de 100 µm Fentes et traits pleins. Théorème de Babinet (écran complémentaire)

Commentaires

Ce TP fondamental concernant la propagation des ondes est rendu convivial par l’utilisation d’un outil de mesure composé d’un écran à diffusion arrière, d’un dispositif mécanique, d’une Webcam et d’un logiciel spécialisé. La figure observée sur l’écran est transmise à un ordinateur via lequel la mesure des distances et le profil d’intensité sont exploitables en toute sécurité et en “temps réel”. La rapidité et la facilité des mesures autorisent l’étude de nombreux objets diffractant. Les Jetons de diffraction au diamètre 40mm sont constitués d’une plaque de verre recouverte d’un masque de chrome. Les fentes ainsi réalisées sont d’une précision et d’une régularité supérieure au micromètre.. Elles offrent des figures de diffraction et d’interférences quasi-parfaites.

Etude d’un réseau de diffraction Loi des Réseaux, Déviation angulaire Pas du réseau, Pouvoir de résolution Diffraction par des paires de trous (trous d’Young) de diamètre 50µm et présentant différents écartements, 6 trous simples de diamètre de 20 à 500µm, 2 carrés et un rectangle Disque et anneaux d’Airy

Ref : TP/DIF

T P : D I F F R A C T I O N E T I N T E R F É R E N C E S

T P : A N N E A U X D E N

Composition du TP

Banc optique (1,5 m) avec jeu de pieds Cavalier standard pour banc prismatique Cavalier pour banc prismatique longueur 100mmDispossitif pour anneaux de Newton Lampe spectrale à vapeur de sodium (Na 18)Condenseur double diam.80 mm Pieds en demi-lune Lentilles biconvexes diam. 80 mm avec monture

Thèmes abordés

Expérience Anneaux de Newton

Constatation historique des phénomènes ondulatoires de la Introduction à la théorie ondulatoire de Fresnel Détermination du rayon de courbure de la lentille du dispositif de Newton Mesure de la longueur d’onde de filtres ou de sources spectralesVérification de la relation de Newton en anneaux Introduction à la notion de cohérence spatiale et temporelle

Commentaires

L’expérience des anneaux de Newton constitue un exemple simple et immédiat de la nature ondulatoire de la lumière.L’expérience a été réalisée par Newton lui-même en 1704. La présence d’anneaux, inexplicable en optique géométrique, a ouvert la voie à Fresnel et à la théorie ondulatoire de la lumière. Redécouvrez les anneaux de Newton dans de meilleures conditions queNewton lui-même. Avec l’option n°1, il sera possible de vérifier expérimentalement le phénomène que Newtonanneaux croît comme la racine carrée des nombres entiers successifs.spectrométrie interférentielle et vous permet de faire des expériences de coin d’air.

N E W T O N

Ref : TP/AN

1 4

Cavalier pour banc prismatique longueur 100mm 1 1

Lampe spectrale à vapeur de sodium (Na 18) 1 1 xxx

Lentilles biconvexes diam. 80 mm avec monture xxx

Ecran blanc métallique avec une face quadrilléeManuel complet des expériences et protocoles conseillés Compléments / Options proposés- "Mesures de longueurs d’ondes"

filtre anticalorique, support à barillets, lanterne 75W, lentilles, écran numérique oVisio

- "Lame coin d’air" : lames de Lummer

Constatation historique des phénomènes ondulatoires de la lumière Introduction à la théorie ondulatoire de Fresnel Détermination du rayon de courbure de la lentille du dispositif de

Mesure de la longueur d’onde de filtres ou de sources spectrales sur le diamètre des

Introduction à la notion de cohérence spatiale et temporelle

anneaux de Newton constitue un exemple simple et immédiat de la nature ondulatoire de la lumière.même en 1704. La présence d’anneaux, inexplicable en optique géométrique, a ouvert la

voie à Fresnel et à la théorie ondulatoire de la lumière. Redécouvrez les anneaux de Newton dans de meilleures conditions que

de vérifier expérimentalement le phénomène que Newton nneaux croît comme la racine carrée des nombres entiers successifs. ». Le système de l’option n°2

terférentielle et vous permet de faire des expériences de coin d’air.

Option 1 : Mesures de longueurs d’ondes

Influence de la longueur d’onde sur le diamètre des anneaux. Détermination du rayon de courbure du dispositif Mesures des longueurs d’onde Option 2 : Lame coin d’airLames réfléchissantes d’égale épaisseurInterférences par un coin d’air

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Ecran blanc métallique avec une face quadrillée 1 Manuel complet des expériences et protocoles conseillés 1

proposés : "Mesures de longueurs d’ondes" : 3 filtres interferntiels, filtre anticalorique, support à barillets, lanterne 75W, lentilles, écran numérique oVisio

lames de Lummer-Gehrcke

anneaux de Newton constitue un exemple simple et immédiat de la nature ondulatoire de la lumière. même en 1704. La présence d’anneaux, inexplicable en optique géométrique, a ouvert la

voie à Fresnel et à la théorie ondulatoire de la lumière. Redécouvrez les anneaux de Newton dans de meilleures conditions que

avait constaté : « Le rayon des de l’option n°2 est parfois utilisé en

Mesures de longueurs d’ondes nfluence de la longueur d’onde sur le diamètre des anneaux.

de courbure du dispositif d’ondes de filtres interférentiels

Lame coin d’air Lames réfléchissantes d’égale épaisseur Interférences par un coin d’air