POLARISATION

705. POLARISATION RECTILIGNE. On a donné le nom de polarisation à la modification qu'éprouve la lumière, soit par sa transmission à travers certains corps, soit par sa réflexion sous certaines incidences, soit par la double réfraction. Les rayons présentent alors des propriétés diflerenles sur leurs différentes faces; ainsi ils sont différemment réfléchis, par un même corps et

( ^^^7 ) sous une môme încidcace, selon les côlés de leur axe qui se trouvent daus le plan d'incidence. Ils peuvent même , sous de certaines incidences, perdre entièrement la propriété d'être réfléchis ou d'être réfractés doublement par les cristaux biréfringents.

Pour étudier les phénomènes de la polarisation , on se sert (f. 498) d'un tube mobile sur un pied, noirci dans son intérieur, et portant à ses extrémités des glaces noircies par derrière, ou d'autres pièces qu'on peut incliner daus toutes les directions. Par cette disposition on connait l'angle sous lequel se réfléchit le rayon qui suit Taxe du cylindre.

706. POLARISATION PAR RÉFLEXION. Si l'on dispose les deux glaces de manière que les plans des deux réflexions coïncident, on a des maxima de lumière, tandis qu'on a des minima si ces plans des deux réflexions sont perpendiculaires. On appelle plan de polarisation , le plan qui passe par le rayon polarisé et par les faces suivant lesquelles la réflexion acquiert le plus d'intensité; ainsi, dans le cas présent, le plan de polarisation coïncide avec le plan de réflexion.

On appelle angle de polarisation , celui sous lequel le rayon réfléchi contient le plus possible de lumière polarisée. Cet angle, variable pour chaque substance , est de 35 à 35° pour les diverses qualités de verre, compté à partir de la surface. Les diverses substances polarisent d'autant mieux la lumière qu'elles sont moins réfringentes. Les métaux ne la polarisent pas. Il en est de même d'un prisme disposé pour la réflexion totale.

M. Brewsler a observé que, pour l'angle de polarisation, le rayon réfléchi est perpendiculaire au rayon réfracté. Le rayon incident étant oi (f. 499), le rayon réfléchi ir fait un angle droit avec le rayon réfracté it. On conclut de là que dans le cas de polarisation maximum la tangente de l'angle d'incidence est égale à l'indice de réfraction , et que celui-ci est égal à la co-tangente de l'angle de polarisation compté à partir de la surface.

Les réflexions successives d'un rayon de lumière entre deux surfaces parallèles, finissent par le polariser entièrement; ainsi, huit réflexions successives polarisent complètement la lumière d'une bougie sur des plaques d'acier, et trente-six sur des plaques d'argent.

707. Si l'on reçoit sur un rhomboïde de Spath d'Islande et perpendiculairement à sa surface , un rayon réfléchi par une glace

( kkS )

polie et non élamée sons un angle de 35° , compté de sa surface, on remarque les phénomènes suivants :

1° Lorsque la section principale du cristal est parallèle n'a plan de réflexion, le rayon lumineux réfléchi par la glace, est réfracté tout entier ordinairement par le cristal, sans être divisé.

2** Lorsque la section principale du rhomboïde est perpendiculaire au plan de réflexion, le rayon lumineax réfléchi par la glace , est réfracté tout entier extraordinairement par le cristal, sans éprouver non plus aucune division,

3" Lorsque le plan de réflexion et la section principale forment entre eux un angle de 45° , le rayon réfléchi par la glace est divisé par le rhomboïde en deux rayons parfaitement égaux.

4° Lorsque le plan de réflexion et la section principale ne sont ni parallèles , ni perpendiculaires , et qu'ils forment un angle difl'érent de 45° , le rayon réfléchi par la glace est divisé par le cristal en deux rayons d'autant plus inégaux en intensité, que Tangle est plus éloigné de celui de 45°.

708. On appelle polariscopes, des instruments avec lesquels on reconnaît la lumière polarisée et, ordinairement, son plan de polarisation. L'un d'eux est fait avec une tourmaline qui a la propriété remarquable d'absorber dans une certaine direction , les rayons polarisés de préférence à ceux qui ne le sont pas. On polit deux faces opposées d'une tourmaline , parallèles entre elles et à l'axe du cristal. La lame qui en résulte laisse toujours passer la même proportion de lumière naturelle , mais produit des maxima et des minima pour la lumière polarisée, dans deux positions rectangulaires. Le plan de polarisation est déterminé par le rayon visuel et par Taxe de la tourmaline, dans le cas d'un minimum.

709. POLARISATION PAR RÉFRACTION. Quand on remplace la petite glace de l'appareil (f. 498) par un prisme disposé de manière que la lumière en sorte perpendiculairement pour parcourir l'axe du tube , on obtient un rayon de lumière faiblement polarisé, et dont le plan de polarisation est perpendiculaire au plan d'incidence.

La proportion de lumière polarisée dans le rayon transmis, va toujours en augmentant avec l'obliquité. La position la plus favorable pour obtenir le maximum d'intensité du rayon polarisé , c'est l'incidence de 55°, 25'.

Si un rayon de lumière, sous l'incidence de la polarisation maxima, traverse successivement des plaques transparentes parallèles la quantité de lumière polarisée ira en croissant avec le nombre des plaques , et si le nombre de celles-ci est suffisant , le rayon émergent est complètement polarisé. Plusieurs substances minérales, telles que le sulfate de cbaiix , quelques agates, la tourmaline etc, disposées en feuillets , produisent l'effet que nous venons d'indiquer, et qu'on obtient avec des piles de glace.

710. POLARISATION PAR DOUBLE REFRACTION. Nous savons qu'un rayon lumineux se partage en deux parties diversement réfractées , par son passage à travers un rbomboïde de spath d'Islande; ces rayons ainsi réfractés jouissent d'une propriété particulière, qui les distingue d'une manière caractéristique delà lumière ordinaire. Cette propriété est celle de ne pas éprouver de double réfraction en traversant un second rhomboïde, dont la section principale est parallèle ou perpendiculaire à celle du premier. C'est ce dont ou peut s'assurer en regardant un point d'encre à travers deux rhomboïdes de carbonate de chaux disposés l'un au-dessus de l'autre dans les positions indiquées. Dans cet arrangement des deux cristaux l'on n'apercevra que deux images du point noir, au lieu des quatre qu'on apercevrait, si chacun des deux rayons ordinaire et extraordinaire réfractés par le premier cristal, était encore doublement réfracté par le second.

711. Pour bien analyser cette propriété caractéristique des rayons réfractés doublement, on fait tomber un rayon solaire sur un rbomboïde, au-dessous duquel on en place un second qui reçoit les deux rayons ordinaire et extraordinaire réfractés par le premier. On aperçoit alors les phénomènes suivants :

1° Lorsque les sections principales des deux cristaux sont parallèles, le rayon ordinaire du premier cristal se réfracte ordinairement dans le second , et le rayon extraordinaire du premier se réfracte extraordinairement dans le second.

2° Lorsque les sections principales sont perpendiculaires l'une sur l'autre , le rayon ordinaire du premier cristal se réfracte extraordinairement dans le second , et le rayon extraordinaire du premier se réfracte ordinairement dans le second.

3° Lorsque les sections principales des deux cristaux forment entre elles un angle de 45° , chacun des rayons ordinaire et extra-

ordinairedu premier cristal se divise dans le second en deux rayons parfaitement égaux : ainsi un objet regardé à travers deux rhomboïdes placés dans la position indiquée, donne quatre images parfaitement égales.

4° Lorsque les sections principales, n'étant ni parallèles ni perpendiculaires, forment entre elles un angle différent de 45° , chacun des rayons réfractés par le premier cristal est divisé par le second en deux rayons inégaux : ainsi un objet regardé à travers deux rhomboïdes placés dans la position indiquée, donne quatre images qui différent en intensité. Ces effets se manifestent dans toutes les substances douées de la double réfraction , et ne dépendent que des positions respectives des axes de réfraction des substances quelconques qu'on emploie.

712. POLARISATION CIRCULAIRE. Lorsqu'un cristal biréfringent, à un seul axe, est taillé perpendiculairement à celui-ci , et qu'il est traversé perpendiculairement par un faisceau polarisé, le plan de polarisation n'est pas changé. Mais les plaques de cristal de roche, taillées perpendiculairement à l'axe, ont la propriété de faire tourner le plan de polarisation du faisceau qui les traverse. Dans certains cristaux le plan de polarisation primitif tourne de droite à gauche, et dans d'autres, de gauche à droite.

Les plaques formées d'un même cristal , dévient le plan dans le même sens, et proportionnellement à leur épaisseur. Les plaques qui dévient les faisceaux en sens contraire, produisent des effets à peu près égaux quand elles ont la même épaisseur. Les diverses couleurs du Spectre éprouvent , dans leur plan de polarisation, des rotations d'autant plus grandes qu'elles sont plus réfrangibles. Les plans de polarisation étant ainsi différents pour les rayons diversement réfrangibles , il arrivera qu'un faisceau blanc polarisé, tombant sur une plaque de cristal déroche, présentera après son émergence , des couleurs variées , lorsqu'on le regardera au moyen du prisme biréfringent.

Aucun solide , autre que le cristal de roche , ne possède la propriété de faire tourner les plans de polarisation ; mais plusieurs liquides et même des gaz ont été reconnus par M. Biot comme étant doués de cette propriété.

715. COULEURS DE LA LUMIÈRE POLARISÉE. Une lame miocc de mica ou de chaux sulfatée, paraît incolore et diaphane

lorsqu'on la regarde à l'œil nu contre un ciel serein; mais si, entre elle et l'œil , on interpose un prisme biréfringent , elle prend une teinte brillante; elle apparaît double, et les deux images colorées sont complémentaires l'une de l'autre.

Lorsqu'on emploie l'appareil des deux miroirs, et que les deux plans de réflexion sont rectangulaires , toute la lumière est absorbée, comme nous avons vu ; mais si l'on introduit entre les deux miroirs, une lame cristallisée dont la section principale n'est ni parallèle ni perpendiculaire au plan primitif de polarisalion , la lumière reparaît, parce que , au sortir de la lame , elle est composée de deux faisceaux polarisés , l'un , dans sa section principale ; l'autre, dans un plan perpendiculaire. Si la lame est suffisamment mince , elle est colorée diversement selon sa nature , son épaisseur, et la position relative de sa section principale et du plan primitif de polarisation. Si la lumière qui a traversé la lame piince, est regardée à travers un prisme biréfringent , on aperçoit deux images colorées. ^ 714. Lorsqu'un faisceau de lumière blanche, convergent et polarisé, traverse perpendiculairement une plaque de chaux carbonatée taillée perpendiculairement à l'axe , et qu'on regarde le rayon émergent avec une plaque de tourmaline , on aperçoit une série d'anneaux concentriques et colorés. Il faut pour cela que l'épaisseur de la plaque calcaire soit comprise entre S""" et 20""". Ces anneaux sont coupés par une croix noire ou blanche , selon que la section principale de la plaque de tourmaline est parallèle ou perpendiculaire au plan primitif de polarisation. Quand le faisceau de lumière est homogène , les croix et les anneaux sont noirs ou de la couleur du faisceau. Les diamètres des anneaux augmentent à mesure que la plaque devient plus petite. Toutes les plaques minces des substances à un axe produisent des phénomènes semblables , et celles des substances à deux axes donnent également des résultats analogues.

Les colorations dont nous venons de parler sont dues à ce que les rayons ordinaire et extraordinaire ont des vitesses différentes ; ce qui détermine des avances ou des retards entre les diverses ondulations , et par conséquent des interférences qui développent les nuances diverses.

715. CAUSE DE LA POLARISATION. Lorsqu'un rayon de lumière naturelle tombe sur une surface , on peut concevoir que

chaque vibration se décompose en deux autres, l'une parallèle à la surface, l'autre suivant un plan perpendiculaire à celle-ci. Les vibrations parallèles à la surface se réfléchissent plus facilement, tandis que les autres tendent à pénétrer: il y a donc ainsi un sens de vibration qui prédomine , tant dans le rayon réfléchi que dans le rayon réfracté. M. Fresnel avait admis , et il a été démontré par des expériences certaines , que les vibrations de l'éther se font, non pas dans la direction du mouvement de propagation, comme pour le son , mais parallèlement à la surface des ondes. Dans la lumière polarisée, soit par réflexion, soit par réfraction simple ou double, ces mouvements vibratoires de l'éther se font en partie ou en totalité dans un même plan. Doue l'action polarisante des corps consiste seulement en ce qu'il tendent à ramener dans ce plan les mouvements vibratoires de Téther.