Loi de Malus. TP Polarisation de la lumière. Polarisation par absorption : polariseurs dichroïques. Sources de lumières polarisées : V 1

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1 TP Polarisation de la lumière Loi de Malus Polarisation par absorption : polariseurs dichroïques α Milieu dichroïque : milieu absorbant sélectivement les radiations polarisées dans une direction particulière. Polariseur dichroïque idéal : lame d épaisseur négligeable possédant deu directions privilégiées de son plan, v et w, orthogonales entre elles et telles que : Lumière naturelle V 1 α V 2 - la lame est parfaitement transparente pour un champ // v ; - la lame est parfaitement absorbante pour un champ v ( // w ). n pratique, les polaroïds se présentent sous forme de feuilles transparentes d aspect bleu-gris comportant de nombreu cristau en forme d aiguille, alignés au cours de la fabrication par étirage du support par eemple. n réalité, un polariseur présente une certaine épaisseur et déphase donc les champs (ce qui n est pas gênant pour les epériences qui suivent). L absorption n est pas complète, en particulier dans le bleu et le milieu n est pas parfaitement transparent (atténuation sensible de la composante transmise). Éclairé en lumière naturelle non polarisée, la puissance transmise par un polariseur idéal est de 50% : la puissance émergente est la moitié de la puissance incidente. Polariseur 1 «Polariseur» Polariseur 2 «Analseur» Éclairement après le second polariseur : Loi de Malus : Matériel : cellule photoélectrique délivrant un courant proportionnel à l éclairement, microampèremètre, polariseurs, laser vert. Montage : Sources de lumières polarisées : Mesures et eploitation(s) : imprimer courbes et modélisation(s). Spé PC G. Monod TP_Polarisation.doc 1/5

2 Polarisation par réfleion vitreuse : incidence de Brewster À l incidence de Brewster, lors d une réfleion vitreuse, le raon réfléchi est polarisé perpendiculairement au plan d incidence. On montre (cf. ondes électromagnétique dans les diélectriques) que l angle d incidence de n2 Brewster i B est tel tan i B pour la réfleion d un milieu1 vers un milieu 2. n 1 Polarisation par diffusion Observation du ciel : Étude de la polarisation des raons réfléchis et transmis Matériel : demi clindre de pleiglas (indice voisin de 1,5), polariseurs, laser vert. Montage et observations : Cuve + lait en poudre Montage et observations : Conclusion : Interprétation : Applications : Spé PC G. Monod TP_Polarisation.doc 2/5

3 Phénomène de biréfringence (double réfraction) Biréfringence : applications (photoélasticimétrie) Visualisation des contraintes dans le pleiglas. Cristal de Spath d Islande Matériel : cristal de spath sur support rotatif, laser, condenseur, écran, polariseurs. Biréfringence du pleiglas (2 P ) Pochette CD devant écran ordinateur et observé à travers un polariseur. Observations : Un faisceau incident fin tombant sous une incidence particulière sur certains cristau anisotropes dits biréfringents (spath, quart, mica) donne naissance à deu faisceau réfractés (O) et () (émergents séparément si les faisceau sont asse fins et la lame cristalline asse épaisse). Le faisceau (O) dit ordinaire obéit au lois de la réfraction de Descartes, l autre faisceau () est qualifié d etraordinaire. Dans un milieu biréfringent, l indice de réfraction dépend en général de la direction de polarisation du raon lumineu mais il eiste cependant au moins une direction privilégiée pour laquelle l indice est indépendant de la direction de polarisation. Une telle direction est appelée ae optique du milieu. On appelle milieu uniae, un milieu possédant un unique ae optique. Ces milieu uniaes possèdent deu indices de réfraction principau (ordinaire et etraordinaires) notés n o et n e (qui dépendent de la longueur d onde). Les raons ordinaires et etraordinaires peuvent interférer entre eu puisqu ils sont déphasés/retardés l un par rapport à l autre (indices différents donc chemins optiques différents). Matériel : Source, condenseur, diaphragme, lentilles, polariseurs, forme pleiglas. Montage : Biréfringence dans les milieu anisotropes : Biréfringence du scotch (lumière blanche) Biréfringence du cellophane (1 P / 2 P / 2 P //) Couleurs complémentaires suivant que les 2 P sont // (à gauche) ou (à droite). Applications : cristallographie. Teintes de Newton (abaques biréfringence) : Spé PC G. Monod TP_Polarisation.doc 3/5

4 Lames à retard de phase Détermination epérimentale des aes d une lame à retard de phase : Lame à retard de phase : lame (à faces parallèles, d une épaisseur de quelques diièmes de mm) taillée dans un milieu biréfringent caractérisée par deu directions appelées lignes neutres de la lame. Les lignes neutres sont ainsi dénommées car une onde plane polarisée rectilignement suivant une ligne neutre émerge de la lame avec une polarisation inchangée (cf. schéma ci-dessous). Cependant les vitesses de propagation d une onde plane polarisée rectilignement suivant l une ou l autre des lignes neutres sont différentes : tout se passe comme si les indices dans ces deu directions étaient différents. L une de ces lignes neutre est appelée ae rapide et l autre ae lent. Action d une lame à retard de phase : introduire un déphasage entre les composantes du champ suivant les deu lignes neutres pour une longueur d onde λ donnée. Lame λ/4 (lame quart d onde) : le déphasage introduit entre les composantes du champ suivant les deu lignes neutres vaut ϕ π/2. Lame λ/2 (lame demi-onde) : le déphasage introduit entre les composantes du champ suivant les deu lignes neutres vaut ϕ π. Rq : en incidence normale, ces lames à faces parallèles ne provoquent qu un déphasage sans double réfraction. Applet : Spé PC G. Monod TP_Polarisation.doc 4/5

5 Action d une lame à retard de phase sur une lumière polarisée Soit une onde plane harmonique se propageant selon O : cos( ωt k). 0 Cette onde arrive en incidence normale sur une lame à retard de phase dont les lignes neutres sont O et O. On note ' le champ émergeant de la lame. Lumière Lame λ/2 Lame λ/4 (déphasage ±π ) (déphasage ±π/2 ) Non polarisée (NP) NP NP Polarisée rectilignement (PR) Polarisée circulairement (PC) Polarisée elliptiquement (P) ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' Analse d une lumière Action d un polariseur (hors polarisations partielles) : Polarisation Éclairement (α) périence complémentaire (λ/4 avant polariseur) Non polarisée NP Indépendant α λ/4 NP (indép. α) Polarisation rectiligne PR Minimum nul Polarisation circulaire PC Indépendant α λ/4 PR (minimum nul) Polarisation elliptique P Minimum non nul Organigramme (hors polarisations partielles) : Polarisation inconnue (polariseur + lame) Analseur Minimum nul Minimum non nul Pas de minimum NP ou PC Lame λ/4 placée avant l analseur Conclusion : Lame λ/2 : Lame λ/4 : Lumière incidente Action lame λ/2 (déphasage ±π ) Non polarisée NP NP NP Polarisée rectilignement PR Polarisée circulairement Polarisée elliptiquement PC P PR PC P Action lame λ/4 (déphasage ±π/2 ) P (PC si PR incidente à 45 PR si PR incidente // ligne neutre) PR PC + λ/4 Polarisation lumière incidente Minimum nul NP + λ/4 Pas de minimum Spé PC G. Monod TP_Polarisation.doc 5/5