Diffraction et réseaux : 146 questions de concours corrigées
42 épreuves X-ENS, Mines, Centrale, CCINP, E3A et Autres, sessions 2020 à 2026, filières MP, MPI, PSI, PC, BCPST et MPSI.
- questions corrigées
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- questions corrigées
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Principe de Huygens-Fresnel, diffraction à l'infini (Fraunhofer) par une fente ou une ouverture circulaire, tache d'Airy, limite de résolution et critère de Rayleigh, réseaux et formule des réseaux, pouvoir de résolution, filtrage spatial et strioscopie.
Au programme : en spé (2e année) pour PC, PT et TSI.
Les questions, avec indice et corrigé
146 questions, incontournables d'abord, puis de la plus accessible à la plus difficile.
Mines-Ponts Physique 2 MP 2026, Q3
Quelle est, en ordre de grandeur, l'ouverture angulaire de chaque tâche de diffraction, à exprimer en fonction de λ₀ et D ? On considère qu'on peut distinguer deux points si la distance entre leurs…
CCINP Physique MP 2024, Q20
a) Après avoir rappelé la formule de De Broglie, établir la longueur d'onde associée à un faisceau d'électrons accélérés par une différence de potentiel égale à U = 100 V. b) Pourquoi un microscope…
- longueur d'onde de de broglie
- pouvoir de résolution
- critère de rayleigh
ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q13
Indiquer quels sont les intérêts d'utiliser un télescope de grand diamètre.
- collecteur de lumière
- résolution angulaire
ENAC Physique MPSI 2021, Q33
On place un écran derrière la fente, parallèlement à son plan (voir Figure 5), à une distance d=5 m. Pour cette valeur, on admet qu'on se trouve, avec une excellente approximation, dans une…
- diffraction à l'infini
- demi-angle de diffraction
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q2
En raison de la diffraction par la pupille, l'image d'un objet ponctuel est une tâche sur la rétine. En tenant compte de la diffraction, estimer de nouveau la valeur minimale de α notée α₂ séparant…
- critère de rayleigh
- diffraction par une ouverture circulaire
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q12
Dans l'approximation de Gauss, déterminer l'expression de la fréquence spatiale u en fonction de f_L', x' et λ.
- fréquence spatiale
- filtrage spatial
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q18
Le système optique utilisé est limité par la diffraction provoquée par l'ouverture qui provoque une tâche d'Airy sur le plan focal. Donner l'expression de l'ordre de grandeur de l'ouverture…
Mines-Ponts Physique 1 MP 2026, Q21
Exprimer, en fonction de a et θ, la différence de marche δ entre deux «rayons électroniques» diffractés par deux plans réticulaires consécutifs du réseau. En déduire une relation liant la longueur…
Mines-Ponts Physique 1 MPI 2026, Q21
Exprimer, en fonction de a et θ, la différence de marche δ entre deux «rayons électroniques» diffractés par deux plans réticulaires consécutifs du réseau. En déduire une relation liant la longueur…
- loi de bragg
- différence de marche
- interférence de particules
Mines-Ponts Physique 1 PC 2026, Q21
Exprimer, en fonction de a et θ, la différence de marche δ entre deux «rayons électroniques» diffractés par deux plans réticulaires consécutifs du réseau. En déduire une relation liant la longueur…
- loi de bragg
- différence de marche
- diffraction de matière
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q2
Établir l'expression de la différence de marche δ = (SM₁P) - (SM₂P) entre les rayons passant par M₁ et M₂ en fonction de a et θ. En déduire l'expression du déphasage φ correspondant en fonction de…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q5
Déterminer l'expression de I_N(φ) au point P en fonction de A₀, N et φ, puis justifier soigneusement que l'intensité normalisée I_n,N(φ) s'écrit : I_n,N(φ) = ( (sin (Nφ/2))/(Nsin (φ/2)) )²
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q9
Montrer que ce critère est respecté lorsque δλ δλ_min , où δλ_min est à exprimer en fonction de λ, p et N. En déduire l'expression du pouvoir de résolution du réseau, défini par : P_r = λ/δλ_min
CCINP Modelisation PC 2026, Q48
Établir l'expression de la différence de marche δ en un point M de l'écran d'ordonnée x entre deux rayons de même longueur d'onde λ₀ et diffractés parallèlement sous un angle θ par deux fentes…
Polytechnique Physique A PC 2025, Q26
Ce calcul met en évidence que la refocalisation par retournement temporel ne permet pas de revenir parfaitement sur la source initiale. De quelle limite fondamentale de la physique ondulatoire…
- limite de diffraction
- critère de rayleigh
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2024, Q40
En interprétant le phénomène observé comme résultant d'interférences entre des ondes de longueur d'onde λ_B, établir simplement que l'on observe des interférences constructives (et donc des densités…
CCINP Physique MP 2024, Q10
On se place dans le cas de N fentes identiques parallèles à Oy (figure 4) équidistantes (période a). La source ponctuelle S, supposée rigoureusement monochromatique de longueur d'onde λ = 632,8 nm…
ENS Physique BCPST 2023, Q26
On utilise un réseau possédant 500 fentes par mm. Établir l'expression de la différence entre les angles des deux rayons diffractés dans l'ordre 1 pour λ₁ et λ₂. Calculer numériquement cette…
X-ENS Physique B PC 2023, Q17.a
On fait l'approximation w₀ ≫ λ, avec λ la longueur d'onde du laser. Montrer que k_z ≃ k - (kₓ² + k_y²)/2k. (On rappelle k = 2π/λ).
- approximation paraxiale
- relation de dispersion
E3A Physique-Chimie MP 2023, Q29
Évaluer la différence de marche δ entre les 2 rayons renvoyés dans la direction symétrique θ. Faire clairement apparaître δ sur un schéma reproduisant la figure 11. En déduire l'expression de Δφ(M)…
E3A Physique-Chimie MP 2023, Q32
Proposer, en s'appuyant sur un schéma clair, un montage d'optique géométrique simple permettant d'observer une figure d'interférences sur un écran. On précisera en particulier le type de lentille(s)…
- plan focal image
- lentille mince convergente
E3A Physique-Chimie MPI 2023, Q38
Évaluer la différence de marche δ entre les 2 rayons renvoyés dans la direction symétrique θ. Faire clairement apparaître δ sur un schéma reproduisant la figure 13. En déduire l'expression de Δφ(M)…
E3A Physique-Chimie MPI 2023, Q40
En déduire les valeurs de l'angle θ pour lesquelles on observe une intensité maximale. Montrer que l'on peut déduire des mesures de θ la valeur du paramètre de maille a_c.
- loi de bragg
- réseau cristallin
CCINP Physique-Chimie MP 2022, Q12
Pour émettre les ondes porteuses électromagnétiques, on utilise des réseaux d'antennes. Ces antennes sont réparties périodiquement dans l'espace (figure 7) émettant des ondes cohérentes de longueur…
X-ENS Physique MP 2020, Q7
Déterminer l'expression de A(α) en fonction de E₀, α et W₀. Représenter graphiquement A(α) en fonction de α.
- transformée de fourier
- fente de diffraction
X-ENS Physique MP 2020, Q9
En considérant des rayons lumineux parallèles à l'axe (Oz) et des rayons parallèles entre eux, inclinés d'un angle quelconque par rapport à ce même axe, préciser comment une lentille mince…
- lentille mince convergente
- plan focal image
Mines-Ponts Physique 1 PC 2020, Q16
Proposer un ordre de grandeur de l'angle θ_d caractéristique de la diffraction de la lumière solaire par la Terre, en admettant que cet angle est identique au phénomène de diffraction produit par…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2021, Q22
En considérant la molécule fluorescente comme un émetteur ponctuel, évaluer l'ouverture numérique de l'objectif utilisé pour réaliser les images de la figure 3 avec la longueur d'onde laser λ = 532…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q26
On considère que la source émet une deuxième longueur d'onde λ' très proche de λ. On note θ'₁ l'angle d'observation du premier pic (p = 1) correspondant à la longueur d'onde λ'. On admet que l'on…
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q8
Estimer numériquement tan U. Exprimer le pas minimal a₂ observable avec ce montage en fonction de U et λ puis en fonction de R, λ et f_L'. Comparer numériquement a₂ à a₁ et commenter ce résultat.
- ouverture numérique
- limite de résolution d'abbe
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q3
Déterminer l'expression de l'intensité normalisée I_n,2(φ) au point P en fonction de φ, puis la tracer.
- formule de fresnel
- interférence à deux ondes
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q4
Établir l'expression de la différence de marche δ_k = (SM₁P) - (SM_kP) entre les rayons passant par le premier miroir et le k-ième miroir, en fonction de δ et k. En déduire l'expression du déphasage…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q6
Déterminer l'expression de sin (θ_p) en fonction de λ, a et p.
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q8
Expliquer, en vous appuyant sur un schéma, ce que l'on observe lorsque ce critère n'est pas respecté.
CCINP Modelisation PC 2026, Q49
Compléter l'instruction 6 qui définit une fonction appelée phi qui utilise deux paramètres x et λ notés x et lamda et qui retourne le déphasage φ exprimé à la question Q48.
CCINP Modelisation PC 2026, Q51
Compléter les instructions 8.1 qui déterminent les valeurs limites x_min et xₘₐₓ de l'abscisse x fixées par l'ouverture de la fente, valeurs limites que l'on notera x_min et x_max.
CCINP Modelisation PC 2026, Q53
Compléter l'instruction 8.3 qui définit l'intensité seuil appelée I_seuil.
- seuil de détection
- programmation python
CCINP Modelisation PC 2026, Q55
Compléter l'instruction 8.5 qui retourne Δλ, l'écart entre la plus grande longueur d'onde transmise par la fente et la plus petite.
- résolution spectrale
- programmation python
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q2
Justifier sans calcul que l'onde rétrodiffusée sera particulièrement intense dans les directions telles que p Z, L(sin θ + sin i) = pλ .
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q10
Pour un radar émettant à 12,3 MHz, trouver numériquement la longueur d'onde des vagues sélectionnées.
- relation de bragg
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2025, Q19
Proposer, à l'aide de la courbe figure 8b, une valeur numérique pour ρ_min , valeur minimale de la distance A₁ B₁ telle que les taches centrales des intensités lumineuses autour de A₁ et B₁ ne se…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2024, Q42
Comparer avec la valeur obtenue expérimentalement. Conclure.
- validation expérimentale
- dualité onde-corpuscule
CCINP Physique MP 2024, Q11
Le résultat obtenu en Q10.c pour les maxima d'intensité, établi dans le cadre de l'approximation de Gauss, peut être réécrit sous la forme sin θₙ = nλ/a avec n entier relatif. Elle est appelée…
CCINP Physique MP 2024, Q15
Exprimer, pour le réseau de pas a, les composantes k_n,z et k_n,x du vecteur d'onde k des directions qui correspondent aux maxima d'intensité, en fonction de n, a et de λ.
- vecteur d'onde
- relation de dispersion
- formule des réseaux
ENS Physique BCPST 2023, Q12
Est-il possible d'observer un double-brin d'ADN avec un microscope optique ? Justifier la réponse donnée.
- limite de diffraction
- ordre de grandeur
- microscope
E3A Physique-Chimie MP 2023, Q35
On observe un premier maximum de lumière dans la direction θ₁ = 14,0°. Calculer le paramètre de maille a.
- condition de bragg
- paramètre de maille
E3A Physique-Chimie MPI 2023, Q42
Comment s'appelle l'appareil utilisé en travaux pratiques d'optique qui sert à mesurer des angles ?
CCINP Physique PC 2022, Q35
Citer un dispositif optique permettant de sélectionner une des longueurs d'onde dans la lumière diffusée par la particule, afin d'effectuer la mesure d'une des composantes de vitesse.
- filtre interférentiel
- réseau de diffraction
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q22
Expliciter le déphasage φ entre deux ondes issues de trous successifs en fonction de λ, a et θ.
X-ENS Physique MP 2020, Q6
Rappeler quel critère quantitatif permet de se placer dans le cadre de l'approximation de l'optique géométrique. En raisonnant sur des grandeurs caractéristiques, cette approximation est-elle…
- approximation de l'optique géométrique
- diffraction
CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q37
Tracer schématiquement cette intensité en fonction de r, la distance à l'axe, pour z fixé.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q38
Quelle est la signification physique de W(z) ?
CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q41
À quoi correspond la longueur de Rayleigh ?
Mines-Ponts Physique 2 MP 2026, Q4
Considérant les deux questions précédentes, et les valeurs de a, f' et λ₀ fixées, proposer une expression littérale du diamètre Dₘₐₓ du télescope au-delà duquel sa résolution n'augmente pas…
- limite de résolution
- capteur ccd
- diamètre optimal
Mines-Ponts Physique 2 MP 2026, Q10
Sachant que b(θ) peut varier entre les valeurs extrémales 0 et b₀, déterminer la résolution angulaire r_double d'un tel télescope en fonction de λ₀ et b₀. Pourquoi dit-on qu'un tel télescope est…
- résolution angulaire
- interférométrie stellaire
- limite de résolution
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q7
Déterminer l'expression de δθ_p en fonction de λ, N, a et θ_p.
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q10
Établir une condition reliant λ_min , λₘₐₓ et p, pour que le spectre de l'ordre p ne se recouvre pas avec le spectre de l'ordre p+1.
- réseau de diffraction
- recouvrement des ordres
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q12
Tracer I_n,diff(φ). Que retrouve-t-on lorsque la largeur a du miroir devient extrêmement grande devant la longueur d'onde λ ?
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q13
Quel ordre est le plus lumineux ? Expliquer pourquoi ce n'est pas une situation souhaitable.
CCINP Modelisation PC 2026, Q50
Compléter les instructions 7 qui définissent une fonction appelée intensite qui utilise les mêmes paramètres précédents x et lamda, qui font appel à la fonction phi définie à la Q49 et retournent…
- réseau de diffraction
- intensité lumineuse
CCINP Modelisation PC 2026, Q52
Compléter les instructions 8.2 qui définissent deux listes contenant 1 000 éléments chacune. La première liste nommée X_list contient les valeurs de x comprises entre x_min et x_max. La seconde…
CCINP Modelisation PC 2026, Q56
Pour x₀ = 3 cm et b = 0,1 mm, on obtient Δλ = 1,2· 10⁻⁸ m. Commenter.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q1
Établir l'expression de la différence de marche δ entre les ondes réfléchies par deux motifs successifs du réseau.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q8
À partir du résultat de la question précédente, retrouver la loi de Bragg (1) rencontrée dans la question Q2, pour un ordre p à préciser.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q9
Expliquer sous quelles hypothèses et/ou approximations cette égalité se déduit de la relation (1).
- incidence rasante
- rétrodiffusion
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q14
En utilisant la loi de Bragg, montrer que f_r - f = ± f_B et exprimer la fréquence de Bragg f_B en fonction de g et λ.
- relation de dispersion
- fréquence de bragg
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2025, Q20
Déterminer la valeur numérique de A₀ B₀ correspondant à A₁ B₁ = ρ_min . Commenter.
- résolution spatiale
- lentille gravitationnelle
ENS Physique U PSI 2024, Q[27]
La formule précédente fait-elle intervenir ħ ? Expliquer pourquoi.
ENS Physique U PSI 2024, Q[28]
D'après ce qui précède, comment faut-il choisir le diamètre de la lentille si l'on veut maximiser l'intensité lumineuse au foyer ?
- ouverture numérique
- résolution optique
CCINP Physique MP 2024, Q13
On s'intéresse au champ électrique complexe, en un point infiniment éloigné, associé à un rayon diffracté, dans la direction θₙ, telle que sin θₙ = nλ/a avec n entier relatif. On admet que…
- diffraction à l'infini
- cohérence
- superposition d'ondes
CCINP Physique MP 2024, Q14
a) Que vaut en un point M infiniment éloigné dans la direction θₙ l'expression du vecteur de Poynting moyen Π_N(M, t) = Π_N(M) associé à l'onde résultante issue des N fentes ? On l'exprimera en…
- formule des réseaux
- vecteur de poynting
- intensité lumineuse
CCINP Physique MP 2024, Q16
Dans le traitement fait précédemment, la largeur ε des fentes n'a pas été prise en compte. Pour corriger la démarche, on fait l'hypothèse que l'onde émergente du réseau est une superposition d'ondes…
- série de fourier
- spectre spatial
- effet talbot
CCINP Physique MP 2024, Q18
Commenter la photo 1 et déduire de celle-ci le rapport ε/a utilisé et vérifier que la longueur Talbot est bien conforme à la formule donnée.
- effet talbot
- lecture de document
ENS Physique BCPST 2023, Q27
En utilisant le schéma de la question (25), déduire de la question précédente la valeur numérique de la distance entre les deux taches sur la surface sensible de la caméra sachant que la distance…
- lentille convergente
- séparation spatiale
- distance focale
ENS Physique BCPST 2023, Q29
Quelle est la distance minimale entre les deux images que doit introduire le réseau de diffraction ?
ENS Physique BCPST 2023, Q30
Un réseau comportant 500 fentes par mm est-il adapté pour avoir deux images non superposées mais séparées d'un pixel ?
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2023, Q2
Après avoir justifié la longueur d'onde lumineuse choisie, déterminer la taille caractéristique de la tache de diffraction visible sur le capteur si l'objectif est éclairé par un « point unique »…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2023, Q3
Proposer une justification au choix de l'entreprise de configurer par défaut la prise d'image en full HD (1920 × 1080 pixels) au lieu de la résolution 4K (3840 × 2160 pixels).
CCINP Physique-Chimie MPI 2023, Q34
Les calculs de l'intensité diffractée par une goutte d'eau ont été menés en 1908 par Gustav Mie, à l'aide des équations de Maxwell. Le résultat est donné figure 10. Commenter cette figure à la…
- diffusion de mie
- arc surnuméraire
CCINP Physique-Chimie MPI 2023, Q35
On considère une goutte de diamètre D éclairée par une onde plane de longueur d'onde λ. En considérant la goutte comme opaque, exprimer l'angle caractéristique θ sous lequel est diffractée l'onde…
- angle caractéristique de diffraction
- tache d'airy
E3A Physique-Chimie MP 2023, Q31
En déduire les valeurs de l'angle θ pour lesquelles on observe une intensité maximale. Montrer que l'on peut déduire des mesures de l'angle θ la valeur du paramètre de maille a.
E3A Physique-Chimie MPI 2023, Q43
Déduire des mesures optiques le paramètre de maille a_c sachant qu'on observe un premier maximum de lumière pour θ₁ = 14,0°. L'ordre de grandeur obtenu pour la valeur a_c vous semble-t-il correct ?…
- loi de bragg
- paramètre de maille
ENS Physique U PSI 2022, Q26
Tracer w(z) qualitativement en fonction de z. On veillera à bien repérer sur l'axe des abscisses la position z = z_R. Dans quelle région de l'espace peut-on considérer que le faisceau laser se…
Mines-Ponts Physique 2 PC 2022, Q25
Quelle est la couleur de la radiation émise par le laser ? Estimer le rayon a du fil. En déduire l'ordre de grandeur de la taille minimale des gouttes formées sur ce fil.
- diffraction
- critère de rayleigh
- instabilité de plateau-rayleigh
CCINP Physique PC 2022, Q32
Reproduire le schéma de la figure 10 sur votre copie et le compléter en représentant l'allure de l'enveloppe du faisceau laser après traversée de la lentille. On prendra soin de tracer ce faisceau…
CCINP Physique PC 2022, Q37
L'ordre 1 du réseau correspond à un angle d'incidence θ_B, appelé angle de Bragg, tel que deux rayons se réfléchissant sur des plans successifs ont une différence de marche égale à une longueur…
- condition de bragg
- réseau acoustique
ENS Physique BCPST 2021, Q42
Quelle serait la conséquence de choisir un rayon Rₘₐₓ trop petit ?
- compromis de résolution
- diffraction
Polytechnique Physique A PC 2021, Q22
On remplace le capteur ponctuel précédent par un capteur sous forme de disque de diamètre D = 1 cm qui présente une concavité de manière à focaliser les ultrasons à la distance F = 3 cm. Par…
X-ENS Physique PSI 2021, Q35
En déduire, à l'aide d'une approximation, une expression simple de θ en fonction de Λ et λ. Quel phénomène optique avons-nous modélisé ici ?
- diffraction par un réseau
- réseau acousto-optique
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q23
Justifier qu'on observe un maximum d'intensité si on a φ = 2pπ avec p un entier relatif accessible. Comment appelle-t-on l'entier p ? Exprimer l'angle θ₁ correspondant au pic p = 1.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q24
Le réseau utilisé dans certains spectromètres ICP-AES comporte 1800 ouvertures par millimètre. Calculer numériquement θ₁ pour λ = 499,3 nm. Pourquoi n'est-il plus envisageable d'utiliser le…
- formule des réseaux
- approximation de gauss
ENAC Physique MPSI 2021, Q34
Calculer la valeur de θ. On exprimera cette valeur en secondes d'arc (''). A) θ=4× 10⁻³ B) θ=4× 10⁻² C) θ=4× 10⁻¹ D) θ=4
- diffraction
- conversion d'unités
ENAC Physique MPSI 2021, Q35
La valeur précédente de θ correspond au premier minimum de la figure de diffraction observée sur l'écran. Quelle est la position y₁>0 de ce premier minimum? A) y₁≈ 100 nm B) y₁≈ 1 C) y₁≈ 10 D) y₁≈ 100
X-ENS Physique MP 2020, Q10
Dans la configuration de la question précédente, déterminer la distance Δ x entre l'image correspondant au maximum global et l'image correspondant au premier zéro de A(α), dans le plan focal image…
- tache de diffraction
- pouvoir de résolution
X-ENS Physique-SI MP 2020, Q36
Nous identifions a_P à a_d (question (34)). Analyser la cause qui limite le contraste.
- résolution spatiale
- diffraction
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q7
Proposer un moyen expérimental permettant de générer le signal s_i(z,t). Exprimer l'onde transmise sₜ(x,z,t) après la mire sous la forme de trois ondes planes progressives monochromatiques…
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q25
En considérant un waist W₀ de 0,50 mm, calculer la valeur numérique de la longueur de Rayleigh z_R associée à ce laser. En déduire la raison pour laquelle le faisceau sera focalisé au foyer F' de…
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q26
On note W₀' le waist du faisceau en F'. Exprimer W₀' en fonction de λ, f_L' et W₀. Estimer sa valeur numérique.
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q27
Exprimer δ z' en fonction de W₀' et λ puis estimer sa valeur numérique.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q39
Tracer la forme du faisceau laser dans un plan contenant l'axe (Oz), en identifiant deux zones suivant que z ≪ L_R ou z ≫ L_R.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q40
Que représente la quantité λ/(π W₀) ? Quelle analogie peut-on faire avec la diffraction obtenue par un trou de dimension W₀ ?
- diffraction
- divergence angulaire
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q19
Montrer que la taille r_d de la tâche de diffraction sur le capteur s'exprime r_d = A N_O λₒ, avec le nombre d'ouverture N_O donné dans l'annexe et dont on rappellera la valeur ici, et A une…
- nombre d'ouverture
- tache d'airy
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q21
Estimer la résolution de l'image sur la figure 3 et conclure.
Mines-Ponts Physique 1 MP 2026, Q22
Expliquer le choix de √(V) pour l'axe des abscisses ; en déduire une estimation du paramètre a avec un seul chiffre significatif ; commenter cette valeur.
Mines-Ponts Physique 1 MPI 2026, Q22
Expliquer le choix de √(V) pour l'axe des abscisses ; en déduire une estimation du paramètre a avec un seul chiffre significatif ; commenter cette valeur.
Mines-Ponts Physique 1 PC 2026, Q22
Expliquer le choix de √(V) pour l'axe des abcsisses ; en déduire une estimation du paramètre a avec un seul chiffre significatif ; commenter cette valeur.
- relation de de broglie
- loi de bragg
- longueur d'onde de de broglie
Mines-Ponts Physique 2 MP 2026, Q13
Représenter schématiquement un tel dispositif comme en figure 3. Pour N grand, l'intensité lumineuse n'est non nulle que lorsque deux rayons issus d'un même point source et reçus par deux télescopes…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q11
Montrer que, peu importe le filtre choisi, la caméra doit toujours être placée en face de l'ordre p₀ à déterminer.
- réseau de diffraction
- recouvrement des ordres
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q14
Montrer que la différence de marche δₑ entre les rayons passant par les centres de deux miroirs adjacents est donnée par : δₑ = (SM_kP) - (SM_k+1P) = a sin (θ) + h[1+cos (θ)]
CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q15
Montrer qu'il est possible de choisir h afin que la direction du maximum de la diffraction corresponde à la longueur d'onde λₘ de l'ordre p₀. Commenter l'intérêt d'un réseau échelette par rapport à…
- réseau échelette
- angle de blazage
CCINP Modelisation PC 2026, Q54
Compléter les instructions 8.4 qui initialisent une liste vide nommée longueur_onde, puis qui, pour chaque élément lamda de la liste Lambda_list et pour chaque élément x de la liste X_list, compare…
E3A Physique-Chimie MPI 2026, Q18
Exprimer littéralement l'incertitude-type u(λ) en fonction de λ, R, d, φ, u(R), u(d) et de u(φ). Sachant que u(λ) = 49 nm, comparer la valeur expérimentale de λ à la valeur attendue (632,8 nm) via…
- propagation des incertitudes
- écart normalisé
X-ENS Physique B PC 2025, Q4
Le faisceau incident a un waist dont la valeur numérique est w₀ = 4 mm. Déterminer l'ordre de grandeur de sa longueur de Rayleigh. Justifier que sur une longueur de l'ordre du mètre au voisinage de…
X-ENS Physique B PC 2025, Q6
On admet que le faisceau émergent est également un faisceau gaussien. Dessiner l'allure de ce faisceau. Exprimer la largeur de son waist, qu'on notera w'₀, en fonction de λ, f et w₀. Estimer la…
E3A Physique-Chimie PSI 2025, Q6
(*) La lumière est diffractée lorsqu'elle passe à travers la pupille. L'image d'un point objet à l'infini correspond alors à une tache sur la rétine. Si l'on tient compte du diamètre de la pupille…
- critère de rayleigh
- diffraction par une ouverture
ENS Physique U PSI 2024, Q[31]
On suppose que l'on éclaire le SLM à l'aide d'une onde plane d'amplitude E₀ se propageant parallèlement à l'axe z et on le programme de façon à ce que le déphasage subi par la lumière à la traversée…
- réseau de phase
- modulation de phase
ENS Physique U PSI 2024, Q[32]
Déduire que le faisceau incident va se diviser en trois faisceaux transmis inclinés par rapport à l'axe optique avec des angles que l'on précisera (on supposer le rapport qc/ω petit).
- réseau de diffraction
- ordre de diffraction
ENS Physique U PSI 2024, Q[33]
Expliquer pourquoi un profil de phase de la forme Φ(x, y) = Φ₀ + Φ₁ Σ_n, m cos (n q₀ x) cos (m q₀ y) pourrait permettre de réaliser une matrice de puits de potentiel illustrée sur la figure 3.b.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2024, Q41
Montrer alors que l'interfrange i que l'on définira vaut i = (λ_B L₂)/a où L₂ est la distance entre le réseau et l'écran. Effectuer l'application numérique, puis estimer la dispersion Δ i compte…
- interfrange
- propagation des incertitudes
CCINP Physique MP 2024, Q17
On suppose que la largeur ε de chaque fente est petite devant le pas du réseau a. On peut alors montrer que l'amplitude complexe dans le cadre de cette approximation vaut : A(x,z,t) = α₀ exp j(ω t -…
- effet talbot
- auto-imagerie
- différence de phase
CCINP Physique MP 2024, Q19
Problème. On peut établir que la fonction intensité reçue sur un point M(x,y,D) d'un détecteur placé directement à la distance D d'un réseau de période a et dont les N fentes sont de largeur ε…
- diffraction par une ouverture
- facteur de forme et de structure
- effet talbot
ENS Physique BCPST 2023, Q11
Comparer cette donnée au résultat de la question précédente et proposer une explication à l'éventuelle différence.
ENS Physique BCPST 2023, Q25
Réaliser un schéma représentant : - une molécule fluorescente à λ₁ dans le plan focal objet de l'objectif ; - le réseau ; - la lentille tube ; - la surface sensible de la caméra avec l'image de la…
- réseau de diffraction
- dispersion angulaire
- lentille de tube
ENS Physique BCPST 2023, Q28
Le grandissement du microscope est gₘ = 100 et l'ouverture numérique de l'objectif ON = 1,5. Estimer numériquement la taille de l'image d'une molécule, supposée ponctuelle et placée au foyer objet…
ENS Physique BCPST 2023, Q38
En raisonnant sur la façon dont chaque dispositif disperse les différentes longueurs d'onde contenues dans le faisceau incident, expliquer quel élément dispersif sera plus avantageux en terme de…
- efficacité lumineuse
- ordre de diffraction
- prisme
Mines-Ponts Physique 1 PC 2022, Q8
En déduire la valeur du pouvoir séparateur (ou résolution angulaire) du télescope utilisé. Montrer qu'un système binaire formé de deux étoiles distantes d'une unité astronomique ne peut pas être…
Mines-Ponts Physique 1 PC 2022, Q14
Quelle valeur faut-il donner à la largeur commune ℓ des miroirs auxiliaires M'₁ et M'₂ pour pouvoir observer en tout au moins une dizaine de franges de part et d'autre de la frange centrale ?
- champ d'interférences
- diffraction
CCINP Physique PC 2022, Q33
Donner une expression approchée de w₀ à partir de λ₀, W₀ et de f'. En fonction de w₀ et α, exprimer la résolution spatiale δₓ de la mesure de vitesse par vélocimétrie laser à franges (figure 9). En…
- faisceau gaussien
- résolution spatiale
CCINP Physique PC 2022, Q39
En traduisant la conservation du vecteur quantité de mouvement lors de l'absorption du phonon, montrer qu'on peut retrouver l'expression de l'angle de Bragg établie à la question Q37. Comme f_S ≪…
- quantité de mouvement du photon
- relation de de broglie
Polytechnique Physique A PC 2021, Q4
Le laser fonctionne dans un régime dit « impulsionnel » ; c'est-à-dire qu'il émet des impulsions lumineuses courtes d'une durée τ_p = 5 ns, avec une cadence de répétition f_rep = 1 kHz. Les normes…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q25
Établir que la demi-largeur d'un pic d'intensité lumineuse est donnée par Δφ = 2π/N et en déduire la demi-largeur angulaire Δθ du pic observé dans la direction θ₁. Évaluer numériquement Δθ, sachant…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q27
Évaluer numériquement la résolution du réseau utilisé. Proposer des raisons visant à expliquer la différence entre cette valeur et celle, voisine de 20 pm, d'un spectromètre ICP-AES.
X-ENS Physique MP 2020, Q8
À partir de l'expression du vecteur d'onde k d'une onde élémentaire dans le repère (Oxyz) et de la représentation graphique de A(α), identifier les directions dans lesquelles on observe un extremum…
- diffraction de fraunhofer
- angle de diffraction
X-ENS Physique MP 2020, Q12
Déterminer l'expression approchée de W(z) dans les limites z ≪ z_R et z ≫ z_R et tracer la courbe représentant W en fonction de z. Définir et exprimer l'angle θ de divergence du faisceau laser. À…
- faisceau gaussien
- divergence angulaire
X-ENS Physique-SI MP 2020, Q34
Le LASER utilisé émet dans le domaine visible et la distance d est fixée à 10 cm. Nous considérons que le diamètre du faisceau, au niveau de la surface de réflexion de la lame, est égal à la largeur…
Mines-Ponts Physique 1 MP 2020, Q2
Proposer un ordre de grandeur de l'angle θ_d caractéristique de la diffraction de la lumière solaire par la Terre, en admettant que cet angle est identique au phénomène de diffraction produit par…
- angle de diffraction
- tache d'airy
Mines-Ponts Physique 1 PSI 2020, Q16
Proposer un ordre de grandeur de l'angle θ_d caractéristique de la diffraction de la lumière solaire par la Terre, en admettant que cet angle est identique au phénomène de diffraction produit par…
- diffraction
- angle caractéristique de diffraction
- tache d'airy
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q13
Par linéarité de la transformée de Fourier, déterminer l'expression de l'amplitude complexe S₁(X) de l'onde dans le plan image de l'objectif. On écrira S₁(X) en fonction de α, n', e et λ sur les…
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q14
Pour améliorer le contraste, on place au foyer image F' de l'objectif un disque, de diamètre suffisamment petit pour être négligé, dont le rôle est d'apporter un déphasage de +π/2 à l'onde qui le…
- contraste de phase
- filtrage spatial
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q15
Pour augmenter C₂, le disque placé en F', en plus d'être toujours déphasant (+π/2), devient partiellement absorbant de transmittance t₃(x') telle que |t₃(x')| < 1. Exprimer le contraste C₃ en…
- contraste de phase
- atténuation
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q20
Faire une évaluation de r_d en prenant A = 2,44 et λₒ = 600 nm et commenter.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2020, Q21
La diffraction par la lentille d’entrée L₁ est-elle gênante pour les observations ?
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2023, Q8
Déterminer numériquement la distance TSA (transversal spherical aberration) entre F' et le point où ce rayon extrême rencontre le capteur. Un schéma faisant apparaitre la distance TSA est attendu…
- aberration sphérique
- profondeur de champ
X-ENS Physique PSI 2021, Q47
Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au fonctionnement d'un modulateur acousto-optique et nous avons utilisé les propriétés de l'interaction entre une onde acoustique et une onde lumineuse…
- modulateur acousto-optique
- commutation de q
Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q28
Le faisceau d'un laser Ti : Saphir est focalisé par un objectif de microscope sur un échantillon comportant des fibres de collagène. En s'aidant du document 4, expliquer comment, en récupérant une…
- microscopie biphotonique
- génération de seconde harmonique
CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q43
On focalise le faisceau laser à l'aide d'une lentille convergente de distance focale f', placée en z = 0. On ne tient pas compte de la diffraction par cette lentille. En s'appuyant sur un schéma…
Pièges classiques
- Confondre l'angle de Bragg \theta_{\text{B}} (angle de rasance mesuré par rapport aux plans réticulaires) avec l'angle d'incidence usuel i de l'optique géométrique (mesuré par rapport à la normale) : la différence de marche en découle sous la forme 2d\sin\theta_{\text{B}} ou 2d\cos i.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 1 MP 2026, Q21Mines-Ponts Physique 1 MPI 2026, Q21Mines-Ponts Physique 1 PC 2026, Q21E3A Physique-Chimie MP 2023, Q29E3A Physique-Chimie MPI 2023, Q38
- Confondre le rayon angulaire de la tache d'Airy (\theta = 1{,}22\,\lambda/D pour une ouverture circulaire) avec la demi-largeur angulaire de diffraction d'une fente rectangulaire (\theta = \lambda/a), ou confondre le rayon et le diamètre de la tache sur l'écran.
Questions sources :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2025, Q19CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2023, Q2
- Ne pas confondre la largeur élémentaire d'une fente ou d'un trait b, le pas du réseau a et l'extension transversale totale éclairée sur le réseau L = Na.
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q25
- Omettre le facteur \cos\theta lors de la dérivation de la formule des réseaux pour évaluer le pouvoir dispersif angulaire : \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}\lambda = p / (a\cos\theta).
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q25
- Confondre le rayon et le diamètre dans les calculs de diffraction (diamètre d'un fil diffractant, diamètre d'une pupille circulaire ou rayon de col w_0 d'un faisceau laser).
Questions sources :CCINP Physique MP 2024, Q14CCINP Physique PC 2022, Q32Mines-Ponts Physique 2 PC 2022, Q25Mines-Ponts Physique 1 MP 2020, Q2
- Oublier d'exclure les multiples de N de l'ensemble des zéros de la fonction d'interférence à N ondes : pour ces entiers, le numérateur et le dénominateur s'annulent simultanément pour former un maximum principal.
Question source :CCINP Physique MP 2024, Q10
- Se méprendre sur les signes dans la formule des réseaux : selon les conventions d'orientation des angles et la géométrie (transmission ou rétrodiffusion), les déphasages à l'incidence et à l'émergence s'additionnent ou se retranchent.
Questions sources :CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q1CentraleSupélec Physique-Chimie 1 MP 2025, Q8
- Oublier que la longueur d'onde dans un milieu d'indice n est réduite à \lambda = \lambda_0 / n lors du calcul des différences de marche optique au sein d'un milieu réfringent.
Question source :CCINP Physique PC 2022, Q37
- Confondre le demi-angle d'ouverture ou de divergence \theta avec l'angle plein de divergence 2\theta.
Questions sources :CCINP Physique PC 2022, Q33X-ENS Physique MP 2020, Q12
- Confondre la taille d'une tache de diffraction au foyer d'une lentille convergente (f'\lambda/D) avec l'étalement transversal en champ lointain lors d'une propagation libre sur une distance finie (z\lambda/D).
Question source :Mines-Ponts Physique 1 MP 2020, Q2
- Inverser l'inégalité de dimension pour visualiser de nombreuses franges d'Young : pour élargir l'enveloppe de diffraction et observer un grand nombre d'interférences, il faut diminuer la largeur des fentes (b \ll a) et non l'augmenter.
Question source :Mines-Ponts Physique 1 PC 2022, Q14
- Confondre le sens du terme « augmenter la résolution » : une meilleure résolution spatiale correspond physiquement à une valeur plus petite de la plus petite distance discernable \delta x.
Question source :CCINP Physique PC 2022, Q33
- Représenter à tort un faisceau réel focalisé comme convergeant en un point géométrique strict au foyer, en oubliant l'étalement transversal irréductible imposé par la diffraction.
Question source :CCINP Physique PC 2022, Q32
À retenir
- La formule fondamentale des réseaux s'écrit \sin\theta_p - \sin i = p \frac{\lambda}{a} avec p \in \mathbb{Z} ; l'ordre zéro p = 0 n'est jamais dévié et les ordres physiques accessibles vérifient |\sin\theta_p| \leqslant 1.
Questions sources :CCINP Physique MP 2024, Q11CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q23
- Le pouvoir de résolution théorique d'un réseau au sens du critère de Rayleigh vaut \mathcal{R} = \frac{\lambda}{\Delta\lambda_{\min}} = pN, où N est le nombre total de traits éclairés et p l'ordre de diffraction.
Questions sources :CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q9CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q26CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q27
- Le pouvoir dispersif angulaire d'un réseau est D = \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}\lambda} = \frac{p}{a\cos\theta} ; il augmente proportionnellement à l'ordre p et à la densité de traits n = 1/a.
Questions sources :ENS Physique BCPST 2023, Q26CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2021, Q26
- L'intensité diffractée par un réseau de N motifs identiques est le produit du terme de diffraction d'une fente élémentaire et du terme d'interférence à N ondes ; les maxima principaux atteignent une intensité proportionnelle à N^2.
Questions sources :CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q5CCINP Physique MP 2024, Q13CCINP Physique MP 2024, Q19CCINP Physique-Chimie MP 2022, Q12
- Le critère de Rayleigh pour une ouverture circulaire de diamètre D impose un pouvoir séparateur angulaire minimal \theta_{\min} = 1{,}22\,\frac{\lambda}{D}, correspondant au rayon du premier anneau sombre du disque d'Airy.
Questions sources :CCINP Physique-Chimie MPI 2023, Q35ENS Physique BCPST 2023, Q11ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q13Mines-Ponts Physique 1 PC 2022, Q8Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q2
- La demi-largeur angulaire de la tache centrale de diffraction de Fraunhofer par une fente de largeur a vaut \theta = \lambda/a, ce qui donne une largeur spatiale 2\Delta x = 2\lambda f'/a dans le plan focal image d'une lentille.
Questions sources :X-ENS Physique MP 2020, Q7X-ENS Physique MP 2020, Q9X-ENS Physique MP 2020, Q10
- La condition de Bragg pour des interférences constructives sur des plans cristallins espacés de d s'écrit 2d\sin\theta_{\text{B}} = q\lambda, où \theta_{\text{B}} est l'angle de glissement avec le plan.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 1 MPI 2026, Q21Mines-Ponts Physique 1 PC 2026, Q21E3A Physique-Chimie MPI 2023, Q40
- L'observation de la diffraction à l'infini (Fraunhofer) se réalise dans le plan focal image d'une lentille convergente de focale f', convertissant la direction de diffraction \theta en position x = f'\tan\theta \approx f'\theta.
Questions sources :CCINP Modelisation PC 2026, Q48E3A Physique-Chimie MP 2023, Q32X-ENS Physique-SI MP 2020, Q34
- Un réseau blazé (à échelette) concentre l'énergie lumineuse dans un ordre utile non nul en alignant le maximum de diffraction de chaque facette inclinée sur la direction de cet ordre.
Questions sources :CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q15ENS Physique BCPST 2023, Q38
- Selon la théorie d'Abbe, le spectre spatial d'un objet se forme dans le plan focal de l'objectif ; pour résoudre un réseau de pas a, l'ouverture numérique doit intercepter au moins l'ordre zéro et l'ordre +1 ou -1, soit a_{\min} = \lambda / \sin U.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q8Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q14
- En strioscopie ou en contraste de phase de Zernike, déphaser l'ordre zéro de \pm \pi/2 au foyer transforme les variations de phase invisibles d'un objet transparent en modulations d'intensité directement détectables.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q13Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q14
- L'effet Talbot (auto-imagerie) reproduit l'image d'un réseau périodique de pas a sans lentille aux distances multiples de la distance de Talbot z_T = \frac{2a^2}{\lambda}, avec inversion de contraste à z_T/2.
Questions sources :CCINP Physique MP 2024, Q18CCINP Physique MP 2024, Q19
- La longueur de Rayleigh z_R = \frac{\pi W_0^2}{\lambda} définit la portée de collimation d'un faisceau gaussien de col W_0 ; à z = \pm z_R, le rayon transverse vaut W_0\sqrt{2} et l'intensité centrale chute de moitié.
Questions sources :ENS Physique U PSI 2022, Q26CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q37CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q39CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q41
- La focalisation d'un faisceau gaussien collimaté de col W_0 par une lentille de focale f' donne une tache de col W'_0 = \frac{\lambda f'}{\pi W_0} : plus le faisceau incident est large, plus la tache focale est petite.
Questions sources :CCINP Physique PC 2022, Q33CentraleSupélec Physique 1 PC 2020, Q43Mines-Ponts Physique 2 PC 2020, Q26
- Le théorème de Babinet énonce que deux écrans diffractants complémentaires produisent la même figure de diffraction en tout point situé en dehors du faisceau géométrique direct.
Question source :CCINP Physique-Chimie MPI 2023, Q35
- La longueur d'onde de De Broglie pour un électron non relativiste accéléré sous une tension V s'exprime numériquement par \lambda \approx \frac{1{,}23}{\sqrt{V\text{ [V]}}}\text{ nm}.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 1 MP 2026, Q22Mines-Ponts Physique 1 PC 2026, Q22CCINP Physique MP 2024, Q20CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MP 2024, Q40
- Pour un réseau régulier, le déphasage constant entre fentes successives conduit à une progression géométrique des amplitudes dont la somme se simplifie par la méthode de factorisation de l'arc moitié.
Questions sources :CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q4CentraleSupélec Physique 2 PC 2026, Q5
- Le diamètre D d'une ouverture optique gouverne simultanément le flux lumineux collecté (proportionnel à D^2) et la finesse de la résolution angulaire (proportionnelle à \lambda/D).
Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q13
- Une modulation périodique de phase de faible amplitude \Phi_1 \cos(qx) synthétise par transformée de Fourier trois ordres de diffraction discrets (ordres 0 et \pm 1), principe exploité par les modulateurs spatiaux de lumière (SLM).
Questions sources :ENS Physique U PSI 2024, Q[31]ENS Physique U PSI 2024, Q[32]ENS Physique U PSI 2024, Q[33]
Les questions sont classées par chapitre à partir des corrigés détaillés de WikiPrépa ; une question peut relever de deux chapitres. La difficulté, de 1 (application directe) à 4 (difficile), est une estimation. Comment les corrigés sont rédigés et relus