Comprendre la diffraction : quand l'onde s'étale

Imagine que tu es dans la rue : tu entends la musique sortant d'une fenêtre ouverte même sans être en face, car le son contourne l'obstacle. C'est la diffraction. Par contre, tu ne vois pas l'intérieur de la pièce car la lumière, elle, ne contourne pas assez la fenêtre. Pourquoi ? Tout dépend de la longueur d'onde par rapport à l'ouverture.

Pour que la diffraction soit nettement observable, la taille de l'ouverture (notée $a$) doit être du même ordre de grandeur ou inférieure à la longueur d'onde (notée $\lambda$). Si l'ouverture est beaucoup plus grande que la longueur d'onde, l'onde continue tout droit (propagation rectiligne).

On mesure l'importance de la diffraction par un angle, noté $\theta$ (écart angulaire). Il correspond au demi-angle de la tache centrale. Pour une fente fine ou un fil, une formule simple relie cet angle aux dimensions physiques.

En pratique, il est difficile de mesurer l'angle directement. On place un écran à une distance $D$ de la fente et on mesure la largeur totale $L$ de la tache centrale lumineuse. On utilise ensuite la géométrie pour retrouver l'angle.

Dans ce triangle, $\tan (\theta )=\frac{L/2}{D}$. Comme l'angle de diffraction est très petit pour la lumière, on utilise l'approximation des petits angles : $\tan (\theta )$ est environ égal à $\theta$ (en radians).

La formule montre que $\theta$ est proportionnel à $\lambda$. Un laser rouge ($\lambda \approx 650$ nm) a une longueur d'onde plus grande qu'un laser bleu ($\lambda \approx 450$ nm). Le rouge diffracte donc plus : sa tache centrale sera plus large que celle du bleu.