Comment plier la lumière?

La lumière, en général, ne voyage pas en ligne droite (même si elle le fait dans ceux que nous rencontrons habituellement).

Dune part, la lumière est en réalité une onde et ne peut être considérée quen gros comme étant constituée de rayons se propageant indépendamment. Cela se produit lorsque la longueur donde de la lumière est beaucoup plus petite que les distances sur lesquelles elle se propage, ce qui est généralement le cas pour la lumière (dont la longueur donde dans le domaine visible est de 0,4 $ à 0,7 $ \, \ mu \ textrm {m} $) mais nest pas nécessairement le cas par exemple pour ondes radio et lorsque des nanoparticules sont impliquées .

Dans ce limite de longueur donde courte, la propagation des ondes cède la place à la propagation des rayons (qui est un cas particulier et approximatif de la première), et spécifiquement au principe de Fermat pour le description mathématique de la lumière. Ce principe stipule que les rayons lumineux commençant à $ A $ et se terminant à $ B $ suivront le chemin qui minimise le temps de trajet $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ où $ n (s) $ est lindice de réfraction (éventuellement dépendant de lespace) le long du chemin.

Pour un milieu homogène, cela donne en effet des lignes droites pour la propagation. Pour une interface plane entre deux il donne la loi de réfraction de Snell et décrit également la réflexion. (Cependant, comme elle ne tient pas compte de la nature réelle de la lumière en tant que champ électrique oscillant, cette description ne peut pas prédire les coefficients de transmission ou de réflexion .

Cependant , si le support nest pas homogène, alors la lumière sera pas voyager en ligne droite, et pour les inhomogénéités compliquées, le chemin peut être difficile à calculer. Pour un exemple, voir la formation de mirages ou plus généralement réfraction atmosphérique . A linverse, si lon a un chemin que lon souhaite quun rayon lumineux donné emprunte, alors il est possible de concevoir une dépendance spatiale dindice de réfraction qui fera plier la lumière de cette façon. (Bien sûr, si une telle dépendance est physiquement raisonnable est une autre question; si le chemin se courbe trop brusquement, il peut ne pas être possible de trouver des matériaux avec les corres des gradients dindex et dindex assez grands sont nécessaires.)

Nous plions la lumière tout le temps – en utilisant des lentilles.

La lumière se plie lors du passage dun matériau à un autre, en raison de la conservation de lélan.

La loi de Snell décrit la façon dont la lumière se plie.

La lumière est également pliée lors du passage devant un massif objets – regardez dans « lentille gravitationnelle » si vous êtes intéressé.

La lumière peut être efficacement pliée dans un chemin parabolique en utilisant des matériaux qui ont un indice de réfraction variable. Cela se fait dans la fibre optique en utilisant «  fibre à indice gradué . »

Commentaires

• désolé, jai oublié de lui ajouter un chemin parabolique! Je lai maintenant fait!
• Je ne ‘ t dire que la lumière est de toute façon (effectivement ou non) pliée dans les fibres à indice gradué. Cela ‘ est aussi trompeur que de dessiner la réflexion des rayons lumineux dans une fibre à pas dindice. Dans une fibre monomode à gradient dindice rectiligne, la lumière se propage le long dune ligne droite car elle forme une onde stationnaire dans la direction transversale, il ny a donc pas de propagation.
• @texnic: mais en gradient dindice multimode fibres la lumière indée suit un chemin sinusoïdal.

Pour généraliser toutes les belles réponses ici, nous pouvons pliez la lumière dans presque toutes les formes à laide de fibres optiques ou de cristaux photoniques. Bien que cela puisse paraître artificiel, il est fondamentalement équivalent à toutes les autres méthodes car il est régi par les mêmes lois de la physique.

Des solutions théoriques aux équations de Maxwell où les faisceaux de lumière peuvent voyager le long de trajectoires courbes même dans le vide ont été présentées. Je ne suis certainement pas un expert dans ce domaine, donc je n’essaierai pas d’expliquer une théorie, je me souviens juste avoir lu sur l’étude. Vous pouvez en savoir plus ici: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Ou essayez de googler « Airy Beam »

Jaccepte 16BitTons. Il a déclaré que la lumière se déplace en ligne droite, mais en raison du grand nombre dinstruments optiques que nous utilisons aujourdhui, à savoir les lentilles, les miroirs, les prismes, etc. nous sommes capables de changer la direction du mouvement de la lumière, de la dévier de sa trajectoire réelle et donc de la «plier».Ici, je suggérerais également que, comme en géométrie, nous savons que le cercle est une combinaison dun certain nombre de petites lignes droites réunies pour former la forme finale.Essayez de prendre un triangle, un carré, un pentagone ….., un icosagone, … et à mesure que vous montez de plus en plus haut, la forme a tendance à devenir un cercle de plus en plus. Si une configuration expérimentale similaire peut être organisée pour préparer une partie de la courbe en utilisant une combinaison dun certain nombre de miroirs, et que la lumière est ensuite rendue incidente à partir dune extrémité, alors nous pouvons être en mesure de voir la «flexion» de la lumière de lautre bout.