Reflexion optique


Reflexion optique

Réflexion optique

La lumière incidente sur l'interface entre deux milieux peut être réfléchie, réfractée ou absorbée. Quand on parle de réflexion, par opposition à l'absorption et à la transmission, il s'agit de l'ensemble des rayons qui émergent de l'interface du côté d'origine des rayons. De manière courante, le terme « réflexion » est utilisé pour décrire la réflexion spéculaire.

Voir également :

  1. La réflexion dans le cadre de l'optique géométrique, relation simple entre le rayon incident et le rayon réfléchi ;
  2. Explication du phénomène de la réflexion en s'appuyant sur l'optique ondulatoire : l'intensité de la lumière réfléchie dépend de l'angle d'incidence et de la polarisation ;
  3. Un bref aperçu de la réflexion telle qu'elle est décrite en optique quantique.

Sommaire

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 géométriques de la réflexion ne s'appliquent qu'à la réflexion spéculaire ; il faut faire appel à des modélisations plus complexes pour traiter la réflexion diffuse.

La réflexion diffuse

Illustration de 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. 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. Un exemple d'application : l'écran de cinéma.

Réflexion spéculaire

Illustration de la 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 ».

La réflexion en optique géométrique

Illustration de 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
  • \theta_2=-\theta_1\,

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.

Voir aussi

Articles connexes

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