DOUBLE RÉFRACTION

[Sect. xxi:]

haut point la propriété de la double réfraction , ainsi qu'il est aisé de s’en assurer en collant un morceau de papier, dans lequel on a fait un large trou d’épingle, sur le côté du spath qui est le plus éloigné de l’œil. Le trou parait double quand on le présente à la lumière1. L’un des rayons transmis est réfracté suivant la même loi que dans le verre ou l’eau, c’est-à-dire qu’il reste toujours dans le plan perpendiculaire à la surface réfringente, ce qui l’a fait nommer le rayon ordinaire. Mais l’autre abandonne ce plan, et se réfracte selon une loi différente et beaucoup plus compliquée: on l’a nommé en conséquence le rayon extraordinaire. Par la même raison, l’une des images est appelée l’image ordinaire, et l’autre, l’image extraordinaire. Quand le spath est mû circulairement dans le même plan , l’image extraordinaire du trou tourne autour de l’image ordinaire qui reste fixe, l’une et l’autre étant également brillantes. Mais si le spath est maintenu dans uue position fixe, et vu au traversd’uneplaquede tourmaline, ilarrive qu’à mesureque la tourmaline tourne , les images varient dans leur éclat relatif; l’une augmente d’intensité jusqu’à ce qu’elle arrive à son maximum, en même temps que l’autre diminue jusqu’à ce qu’elle s’évanouisse, et ainsi de suite alternativement, a chaque quart île révolution; -ce qui prouveque les deux rayons sont polarisés. Car, dans une certaine, position, la tourmaline transmet le rayon ordinaire, et réfléchit le rayon extraordinaire, tandis qu’après avoir accompli go° de sa révolution, c’est le rayon extraordinaire qui est transmis, et le rayon ordinaire qui est réfléchi. Ainsi, une autre propriété de la lumière polarisée consiste en ce qu’elle ne peut être divisée en deux rayons égaux par la double réfraction, dans les positions des corps doublement réfringents où un rayon de lumière ordinaire serait ainsi partagé.

■ Note 195. . * m *

PROI»IUlÎTÉ DE LA touamaline. [Sccl. XXI.] ■

Si la tourmaline était comme les autres corps doublement réfringents, chacun des rayons transmis serait double; mais lorsqu’il est d'une certaine épaisseur, ce minéral, après avoir divisé la lumière en deux rayons polarisés, en absorbe un, et par conséquent ne laisse voir qu’une seule image de l’objet. C’est sous ce rapport que la tourmaline se trouve être tout particulièrement propre à l’analyse de la lumière polarisée , qui ne présente aucun phénomène . remarquable avant d’être vue au travers de ce minéral, ou de quelque autre substance analogue.

Lesdeux rayons de lumière, en abandonnant unesubstance doublement réfringente, sont parallèles; et les expériences précédentes montrent évidemment qu’ils sont polarisés dans des plans perpendiculaires l’un à l’autre*. Toutefois, cela se comprendra mieux encore en considérant le changement produit dans la lumière ordinaire par l’action du corps polarisant. Il a été démontré que les ondulations de l’éther, ■qui produisent la sensation de la lumière ordinaire, s’accomplissent dans tous les plans possibles, perpendiculairement à la direction dans laquelle le rayon se meut; mais le cas est très différent après que le rayon a passé au travers d’une substance doublement réfringente, telle que le spath d’Islande. La lumière alors s’avance en deux rayons parallèles dont les ondulations sont toujours, il est vrai, transversales à la direction des rayons, mais elles s’accomplissent dans des plans perpendiculaires l’un à l’autre, à la manière de deux cordes parallèles tendues, dont l’une n’accomplit ses ondulations que dans un plan horizontal , et l’autre, dans un plan vertical. Ainsi, l’action polarisante du spath d’Islande, et de toutes les substances doublement réfringentes, consiste à séparer un rayon de lumière ordinaire dont les ondulations s’accomplissent dans tous les plaus, en deux

• note 196. t ' . \

[SeCt. XXI.] NATURE DE LA LUMIÈRE POLARISÉE. 259

rayons parallèles, dont les ondulations sont contenues dans des plans perpendiculaires l’un à l’autre. Le rayon de lumière ordinaire peut être comparé à une baguette ronde, tandis que les deux rayons polarisés sont comme deux règles parallèles, longues et plates, dont l’une est posée horizontalement sur sa surface large, et l’autre horizontalement sur sa tranche. La transmission et la non-transmission alternatives de l’un de ces rayons aplatis, au moyen de la tourmaline, peuvent se comparer à la facilité avec laquelle une feuille de papier mince, ou une carte, présentée de champ, passe entre les barreaux d’une grille, ou les fils d’archal d’une cage, et à l’impossibilité de la faire passer, si on la présente dans une direction transversale aux ouvertures des barreaux ou des fils d’archal.

Quoique généralement il arrive qu’en passant au travers du spath d’Islande, le rayon de lumière soit séparé en deux faisceaux polarisés, il existe pourtant une certaine direction pourtaquelle il se réfracte en un seul faisceau, et cela conformément à la loi ordinaire. Cette direction est appelée l’axe optique'. Beaucoup de cristaux et d’autres substances ont deux axes optiques, inclinés l’un à l’autre, dans la direction desquels un rayon de lumière est réfracté en un seul faisceau, suivant la loi de la réfraction ordinaire. Le rayon extraordinaire est quelquefois réfracté vers l’axe optique, comme dans le quartz, le zircon, la glace (eau gelée), etc., lesquels corps par conséquent sont ditsèlredes cristaux positifs; mais quand il se réfracte en s’éloignant de l’axe optique , comme dans le spath d’Islande, la tourmaline, l’émeraude, le béril, etc., les cristaux sont dits négatifs, et ce sont ceux qui forment la classe la plus nombreuse. Le rayon ordinaire se meutavec une vitesse uniforme dans une substance doublement réfringente, mais la vitesse du rayon extraor-

240 POLAR. OBT. PAR DES PLANS DE VERRE. [Sect. XXL]

dinaire varie avec la position du rayon relativement à l’axe optique, étant à son maximum lorsque son mouvement dans le cristal est perpendiculaire à cet axe , et à son minimum quami il lui est parallèle. Entre «es extrêmes , sa vitesse varie suivant une loi déterminée.

De l’action du spath d’Islande sur la lumière, on a conclu que dans toutes les substances doublement réfringentes, un seul des deux rayons se détourne du plan de la réfraction ordinaire, tandis que l’autre suit la loi ordinaire; et la grande difficulté d’observer les phénomènes a contribué à confirmer cette opinion. M. Fresnel, cependant, a prouvé, h priori , à l’aide d’une recherche mathématique très profonde, que le rayon extraordinaire doit manquer dans le verre et autres substances non cristallisées, et qu’il doit nécessairement exister dans la carbonate de chaux, le quartz, et autres corps qui n’ont qu’un axe optique; mais que, dans la classe nombreuse des substances qui possèdent deux axes 'optiques, les deux rayons doivent subir-la réfraction extraordinaire, et par conséquent dévier tous deux de leur premier plan : — résultats qui ont été parfaitement confirmés par l’expérience. Cette théorie de la réfraction, qui, sous le rapport de ia généralisation, ne le cède peut-être qu’à la loi de la gravitation, a placé le nom de Fresnel parmi ceux qui ne s’oublient jamais, et rendu sa moit prématurée l’objet des plus vifs regrets de tous les vrais amis des progrès des sciences.

Des plans de verre, s’ils sont en nombre suffisant, donnent un rayon polarisé par réfraction. Il parait que lorsqu’un rayon de lumière ordinaire est partiellement réfléchi sur une surface transparente, et partiellement transmis à travers celte même surface, la partie réfléchie et la partie réfractée contiennent d’égales quantités de lumière polarisée, et que leurs plans de polarisation sont perpendiculaires l’un à l’autre; d’où il suit qu’une pile de plans de

[SeCl.XXI.] POLARISATION PAR RÉFLEXION. 241

verre donne un rayon polarisé par réfraction. Car, si un rayon de lumière ordinaire traverse ces plans, une partie de ce rayon se trouve polarisée par le premier plan; le second plan polarise une partie de ce qui passe du rayon à travers lui, et le reste de la pile agit successivement de la même manière, jusqu’à ce que le rayon soit polarisé tout entier, à l’exception toutefois de ce qui s’est perdu aux différentes surfaces , soit par la réflexion , soit par l’absorption. Ce rayon est polarisé dans un plan perpendiculaire au plan de réflexion, c’est-à-dire, au plan qui passe par le rayon incident et par le rayon réfléchi1.

La méthode sans comparaison la plus facile de polariser la lumière , est celle qu’on emploie au moyen de la réflexion. Un plan de verre à glace posé sur un morceau de drap noir, que l’on place, à son tour, au-devant d’une fenêtre ouverte, parait d’un éclat uniforme par suite de la réflexion du ciel ou des nuées; mais si on le regarde à travers une plaque de tourmaline dont l’axe soit vertical, il arrive qu’au lieu d’être éclairé comme auparavant, il se trouve obscurci par une grande tache nuageuse, dont le centre est tout-à-fait obscur, et qu’on trouve aisément en élevant ou abaissant l’œil , jusqu’à ce que l’angle d’incidence soit de 5^°, c’est-à-dire jusqu’à ce qu’une ligne , ' partant de l’œil, et aboutissant au centre du point noir, forme un angle de 33° avec la surface du réflecteur*. Quand la tourmaline est mue circulaircinent dans son propre plan, le nuage sombre diminue, et il s’évanouit entièrement quand l’axe de la tourmaline est horizontal ; chaque point de la surface de la plaque se trouve alors également éclairé. A mesure que la tourmaline accompli son mouvement, le point nuageux parait et disparait alternativement, à chaque quart de révolution. Ainsi, quand

■ • Hôte ii,8. — » Hôte 199.

242 POLARISATION PAR RÉFLEXION. [Sect. XXI.]

un rayon de lumière rencontre un plan de verre à glace sous un angle d’incidence de 67°, le rayon réfléchi devient incapable de pénétrer une plaque de tourmaline dont l’axe est dans le plan d’incidence; conséquemment, il a acquis le même caractère que s’il avait été polarisé par transmission à travers une lame de tourmaline dont l’axe aurait été perpendiculaire au plan de reflexion. L’expérience démontre que ce rayon polarisé est incapable d’une seconde réflexion à certains angles et dans certaines positions du plan incident. Car si un autre plan de verre à glace, dont l'une des surfaces serait noircie, était placé de manière à faire un angle de 33° avec le rayon réfléchi, l’image de la première plaque serait réfléchie dans sa surface , et alternativement éclairée et obscure à chaque quart de révolution de la plaque noircie, selon que le plan de réflexion serait parallèle ou perpendiculaire au plan de polarisation. Ce phénomène, ayant lieu quel que soit le moyen employé pour polariser la lumière, fait connaître une autre propriété générale delà lumière polarisée, —savoir, quelle est incapable de réflexion dans un plan perpendiculaire au plan de polarisation.

Toutes les surfaces réfléchissantes ont la propriété de polariser la lumière, mais l’angle d’incidence auquel elle est complètement polarisée, est différent pour chaque substance*. U parait que pour le verre à glace, l’angle est de 57°. Il est de 56° 55' pour le crown-glass , et un rayon n’est pas complètement polarisé par l’eau, à moins que l’angle d’incider.ce ne soit de 53° 1 1'. Les angles auxquels différentes substances polarisent la lumière sont déterminés par cette loi de la plus admirable simplicité, découverte par sir David Brewster : « Pour un milieu quelconque, la. » tangente de l’angle de polarisation est égale au sinus de

■ Note joo.

Digitiz^j by ÇqjffiU

{Sectr XXI.] POLARISATION PAR RÉFLEXION. 243

» l’angle d’incidence divisé par le sinus de l’angle de ré - » fraction de ce milieu. » De là résulte aussi que la force' réfractive d’un corps (celle même d’un corps opaque) est connue quand son angle de polarisation a été déterminé.

Les substances métalliques, et telles autres qui ont une grande puissance réfractive, comme le diamant, par exemple, polarisent imparfaitement.

Si un rayon polarisé par la réfraction ou par la réflexion d’une substance non métallique quelconque, est vu au travers d’un fragment de spath d’Islande, chaque image s’évanouit et reparaît alternativement à chaque quart de révolution du spath, soit que sa révolution s’accomplisse de droite à gauche, ou de gauche à droite; ce qui prouve que les propriétés du rayon polarisé sont symétriques de chaque côté du plan de polarisation. . î

Quoique pour chaque substance il n’y ait qu’un angle auquel la lumière soit complètement polarisée par une seule réflexion, elle peut l’être pourtant, à l’aide d’un nombre suffisant de réflexions, à quelque angle d’incidence que ce soit. Car si un rayon tombe sur la surface supérieure d’une pile de lames de verre sous un angle plus grand ou plus petit que l’angle de polarisation , une partie seulement du rayon réfléchi est polarisée, mais une partie de ce qui est transmis est polarisée par' réflexion à la surface de la seconde lame, une partie à la troisième, et ainsi de suite jusqu’à ce que le tout soit polarisé. Cet appareil est le meilleur; mais une lame de verre dont la surface inférieure est noircie, ou même une table polie, peut, au besoin, remplir le même but.