Chapitre 3.10 La polarisation

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1 Chapitre 3. La polarisation La polarisation de l onde électromagnétique La lumière est une onde électromagnétique généralement transversale dont le champ électrique E et le champ magnétique oscillent perpendiculairement à la direction de propagation de l onde. Le plan d oscillation du champ électrique porte également le nom de polarisation. Eemple : Polarisation linéaire : Vue en perspective E plan d oscillation du champ électrique plan d oscillation du champ magnétique sens de propagation de l onde lumineuse Onde électromagnétique transversale Évolution du champ électrique Polarisation selon l ae Polarisation selon l ae plan d oscillation du champ électrique (plan ) Vue en perspective sens de propagation de l onde représentation de la polarisation de l onde E t E sink t j, E t E sink t k, Lorsqu il a superposition de deu ondes électromagnétique de même fréquence polarisées linéairement selon des aes différentes, le champ électrique résultant E peut osciller selon un ae non constant dans le temps ce qui en résulte d une polarisation non linéaire. Eemple : Polarisation circulaire Polarisation circulaire horaire (droite) selon l ae Polarisation circulaire anti-horaire (gauche) selon l ae E, t E, tj E, tk où E E sink t E sink t / E En construction E, t E, tj E, tk où E E sink t E sink t / Lorsque la lumière voage dans une fibre optique ou autre forme de guide d onde, la lumière peut également être une onde longitudinale. Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page Note de cours rédigée par : Simon Véina E Application : La projection d un film 3D au cinéma requière deu images générées par deu sources de lumière polarisées circulairement droite et gauche. Les lunettes polarisées ont pour fonction de bloquer une image pour chaque œil.

2 ntensité de transmission sur une structure polarisée Certains matériau aant une structure (macroscopique, moléculaire ou atomique) en forme de grillage permettent plus facilement à la lumière aant une polarisation particulière d être transmise. Une structure aant un tel alignement porte le nom de polariseur et elle est caractérisée par un ae de transmission. Dans la plus part des cas, un polariseur permet la transmission de la lumière selon les règles d intensités suivantes : Un polariseur macroscopique à onde radio (λ >, mm) La lumière est transmise à % lorsque la polarisation de la lumière est parallèle à l ae de transmission du polariseur. La lumière est transmise à % lorsque la polarisation de la lumière est perpendiculaire à l ae de transmission du polariseur. lumière polarisée selon lumière tran smise lumière po larisée selon ' ae de transmission du polariseur selon ' lumière arrêt ée ae de tra nsm ission du polariseur selon La lumière est transmise à une intensité ' cos (entre % et %) lorsque la polarisation de la lumière fait un angle avec l ae de transmission du polariseur. ae de transmission du p olariseu r selon un ang le θ p ar rapport à dan s le plan Vue en perspective Ae de transmission lu miè re polarisée se lon cos ' cos Preuve : En construction La taille du grillage de la structure influence beaucoup le tpe de lumière qui sera influencée par les règles précédentes : Si la distance d entre le grillage de la structure est beaucoup plus élevée que la longueur d onde de la lumière ( d ), la lumière sera transmisse quelques soit sa polarisation. Si la distance d entre le grillage de la structure est comparable à la longueur d onde de la lumière ( d ), la lumière sera transmisse avec les intensités décrites précédemment. Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page Note de cours rédigée par : Simon Véina

3 Polarisation de la lumière Une lumière aant une polarisation quelconque peut acquérir une polarisation dans une direction particulière après une interaction avec une structure (transmission ou réfleion). Polarisation par transmission dans un polariseur: On constate qu une lumière aant traversé un polarisateur quelconque est transmise à une certaine intensité ( cos ), mais que cette même lumière est transmise à % ( ) lorsqu elle traverse un second polariseur aligné dans le même sens que le précédent. ntensité de transmission : = cos ntensité de transmission : = Ainsi, on peut conclure que la lumière aant traversé un polariseur acquière une polarisation dans le même sens que l ae de transmission du polariseur qu il a traversé. A Ceci eplique pourquoi la lumière ne peut pas traverser deu polariseurs dont les aes de transmission sont perpendiculaires : Comparaison de la lumière non polarisée transmise après le passage de deu polariseurs : Aes de transmission parallèle ( ) Aes de transmission perpendiculaire ( 9 ) Polarisation par réfleion et angle de rewster : Lorsqu une lumière non polarisée se dirige vers une surface selon l angle de rewster (mesuré par rapport à la normale à la surface), la lumière est réfléchie avec une polarisation parallèle à la surface et elle est transmise avec une polarisation perpendiculaire à la surface. Application : Une lunette de soleil polarisée de qualité est composée de verres polarisés perpendiculairement ce qui réduit les reflets. Lumière non-polarisée n n arctan n / Lumière polarisée parallèle à la surface Lumière polarisée perpendiculaire à la surface n Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page 3 Note de cours rédigée par : Simon Véina

4 Lumière non polarisée Une lumière non polarisée est une superposition d onde électromagnétique de même fréquence se dirigeant dans la même direction aant des polarisations linéaires purement aléatoires, mais équiprobable dans les 36 o d orientations possibles. Ainsi, une lumière non polarisée ne favorise pas une polarisation particulière. Eemple : Lumière du Soleil Lampe incandescente Lumière non polarisée et polariseur Une ampoule émet de la lumière non polarisée Lorsqu une source de lumière non polarisée rencontre un polariseur, le tau de transmission moen de la lumière est de 5 % et elle acquière la polarisation du polariseur : Preuve : ', 5 (la lumière acquière une polarisation) cos Évaluons la moenne des intensités de transmission cos pour des angles compris entre à / ( o et 9 o ) en effectuant l intégrale de la fonction cos entre à / et en divisant le tout 9 par le cos nombre d angle possible étant de / : / cos d / e i e i d / i i e e 4 d i i e e (Remplacer : cos ) (Effectuer le carré, e ) i e 4 i / i e 4 i i e i / i e i / / (Effectuer l intégrale) (Évaluer et réécriture) / sin (Remplacer : sin 4 4 (Évaluer i i e e ) i sin et simplifier) Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page 4 Note de cours rédigée par : Simon Véina

5 Évaluons l intensité moenne à partir de l aire sous la courbe sur un arc de / : / / 4 / Situation : La traversée de deu polariseurs. Un faisceau de lumière non polarisée d intensité initiale traverse deu polariseurs. L ae de polarisation du premier polariseur est incliné à o par rapport à la verticale. L ae de polarisation du second polariseur est incliné à 5 o par rapport à la verticale (cet angle d inclinaison est mesuré dans le même sens que pour le premier polariseur). On désire déterminer l intensité du faisceau à la sortie du second polariseur. Puisque la lumière est initialement non polarisée, l intensité lumineuse qui sera transmise après le passage du ier polariseur sera de 5% et la lumière va acquérir la polarisation du ier polariseur :, 5 Puisque la lumière aant traversé le premier polariseur acquière une polarisation précise, voici l ae de polarisation de la lumière après le passage du ier polariseur : (par rapport à la verticale) Lumière non polarisée ' Vue en perspective '' Évaluons l intensité de la lumière après le passage du ième polariseur sachant que la lumière d intensité est maintenant polarisée à ' cos cos par rapport à la verticale : cos (Angle entre polarisation : cos 5 cos 3,5 cos 3, 375 ) Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page 5 Note de cours rédigée par : Simon Véina

6 mage et polarisation Voici quelques images qui sont le résultat de l observation de lumière polarisée : Vitre arrière d une voiture : Onde radio polarisée : P.S. Ce grillage ne permet pas de polariser la lumière dans le visible, car celle-ci possède une longueur d onde beaucoup plus petite que la distance entre deu barreau consécutifs. Polarisation à trois polariseurs : Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page 6 Note de cours rédigée par : Simon Véina

7 Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page 7 Note de cours rédigée par : Simon Véina

8 Référence : Marc Séguin, Phsique XX Tome C Page 8 Note de cours rédigée par : Simon Véina