Sivoukhine Cours De Physique Générale – Tome 04 – Optique 2 Ème Partie | D. Sivoukhine

Le quatrième tome (en deux parties) du Cours de physique générale est consacré à l’Optique physique dont l’étude succède à celle de l’Electricité et du Magnétisme exposés dans le troisième tome. L’optique physique est envisagée du point de vue ondulatoire (électromagnétique) mais l ’optique quantique n’y occupe qu'une place assez restreinte. On introduit la notion de photon et on interprète le processus de rayonnement comme résultant des transitions quantiques des systèmes atomiques entre des états énergétiques différents afin d’introduire la notion de rayonnement induit et d’expliquer le principe de fonctionnement des lasers. Mais ce n’est que dans le cinquième tome consacré à la physique atomique qu’on donnera un exposé systématique des fondements de l’optique quantique et de différents phénomènes quantiques qui s’y rattachent (effet photoélectrique, effet Compton, lois spectrales, luminescence, effet Zeeman, effet Stark, etc.).

L’optique géométrique est exposée dans les deux premiers chapitres et sert de base à l’étude des phénomènes d’interférences, de diffraction et des autres questions de l’optique physique. L'optique géométrique est présentée sous son aspect physique, i.e. comme un cas limite approché de l ’optique ondulatoire, afin de préciser ses limites de validité. Afin de simplifier l’étude de l’optique géométrique, on prend pour point de départ l’équation d’onde sous sa forme scalaire. Quoique cette équation ne soit pas vérifiée pour les milieux non homogènes, elle conduit même dans ce cas à des résultats corrects lorsqu’on passe à la limite de l’optique géométrique. Il est évident que l’équation scalaire ne permet pas d’expliquer la rotation du plan de polarisation des rayons lumineux dans un milieu non homogène puisqu’il faudrait utiliser alors les équations vectorielles de Maxwell. Or cela impliquerait des calculs assez laborieux, tandis que l'équation d’onde scalaire décrit correctement les principaux aspects de la propagation des ondes dans les milieux homogènes et non homogènes. L’optique géométrique découle de cette équation en envisageant des ondes de longueurs négligeables par rapport aux dimensions caractéristiques déterminant la propagation de la lumière dans un milieu donné. D’ailleurs quelle que soit l’importance de la justification de l’optique géométrique le lecteur peut sans inconvénient n’aborder cette question qu’en seconde lecture.

Après l'exposé des bases de l'optique géométrique on expose la théorie géométrique des images optiques en s'attachant surtout aux questions de principe. Le lecteur peut se contenter d'assimiler la théorie de la formation des images optiques dans l'approximation des rayons paraxiaux et les notions de photométrieet ne revenir aux autres questions traitées ici que dans la mesure où il en sentira le besoin pour bien saisir l’optique physique.

Pour l'essentiel ce volume est consacré à l’optique physique dont l’étude commence au chapitre III. On y trouve aussi un exposé de la théorie de la relativité, des principes de fonctionnement des lasers et quelques éléments d’optique non linéaire. Comme dans les tomes précédents, l’auteur s’est fixé pour tâche de mettre en évidence la signification physique des phénomènes optiques et leurs relations avec les principes physiques généraux.

Les questions de l'histoire de l’Optique, de la justification expérimentale de ses lois, de ses applications dans les techniques et les sciences ne sont abordées que lorsqu’elles aident à mieux comprendre les principaux phénomènes et principes de l’optique. Par manque de place, il y a dans ce tome moins de descriptions des expériences de démonstration que dans les tomes précédents. Nous devons noter que les expériences de démonstration qui accompagnent nos cours à l’Institut de Physique technique de Moscou et qui ont été conçues et réalisées par nos assistants E. Morozov, M. Maklakov, V. Moltchanov, V. Kouznetsova, ont joué un rôle positif dans la préparation de ce cours d’optique.

Le manuscrit de ce volume a été revu par les professeurs S. Guerstein et I. Gorbagne et leurs collaborateurs de la Chaire de physique expérimentale de l’Université de Kiev, ainsi que par le docteur ès sciences physiques G. Péka. Nous avons tenu compte de leurs remarques et nous les en remercions.