Diffraction par une fente de largeur variable
Plaçons une fente sur le trajet de la lumière et observons les différentes possibilités qu'a la lumière pour se rendre d'un point à un autre en passant par la fente.
La propagation ne se fera plus de façon rectiligne.
On considère une source de lumière située en \(S\) et on place 2 détecteurs en \(D1\) et \(D2\).
On constate que les flèches correspondant aux trajets pour aller de \(S\) en \(P\) s'additionnent de manière constructive pour former une vecteur résultant de forte amplitude correspondant à une forte probabilité qu'a la lumière d'emprunter ces trajets.
Alors que les flèches correspondant aux trajets de la lumière pour aller de \(S\) en \(D2\) s'additionnent de manière destructive conduisant à un vecteur résultant de faible amplitude traduisant la faible probabilité de trouver de la lumière en \(D2\) mais cependant non nulle traduisant le fait important qu'il est possible de trouver de la lumière hors des trajectoires rectilignes empruntées par les rayons lumineux telles qu'elles sont définies dans le cadre de l'optique géométrique.
Fixons la position de \(D\) et nous allons progressivement diminuer la largeur de la fente.
Nous constatons qu'au fur et à mesure que nous diminuons la largeur de la fente les flèches correspondant aux différents trajets de la lumière entre \(S\) et \(D\) s'additionnent de manière plus constructive puisque les trajets pour une fente très fine ont des durées de plus en plus proches. Il reste néanmoins que la probabilité résultante pour une fente très fine est faible.
On constate donc que plus on veut canaliser la lumière à travers une fente de plus en plus fine, plus la lumière a tendance à emprunter des trajets ne correspondant plus à la propagation rectiligne de la lumière.
Cette observation est à mettre en parallèle avec la figure représentant l'évolution du profil de diffraction avec la largeur de la fente :
Nous allons maintenant fixer la largeur de la fente et déplacer le point d'observation \(D\) suivant une perpendiculaire à l'axe optique et déterminer les différentes probabilités en ces points
Nous constatons que plus nous nous éloignons de l'axe plus cette probabilité voit son amplitude diminuer. Et si nous essayons de tracer le lieu des amplitudes des probabilités en fonction de la distance à l'axe nous constatons que la courbe suit l'équation d'un sinc2 telle qu'elle est définie dans l'approche classique de la diffraction
La diffraction par une fente est visualisée dans l'animation suivante :