POLARISATION DR LA LUMIÈIIE PAR DOUBLE RÉFRACTION

(Jiiand on observe un ohjel lumineux au travers d'un cristal cloué de la double réfraclion, d'un rhomboèdre de spath d'Islande, je suppose, nous savons qu'on voit deux images distinctes, Tune dite ordinaire, suivant les lois de la réfraction simple, l'autre extraordinaire, dont nous avons indiqué les propriétés dans les paragraphes ])récédents. Cette dernière se reconnaît aisément, en ce qu'elle tourne autour de l'autre, quand on imprime au cristal un mouvement de rotation, dans un plan parallèle aux faces d'incidence et d'émergence des rayons. Il importe maintenant de remarquei* que, dans toutes ces positions, Tintensité relative des deux images ne varie pas : l'éclat de chacune d'elles est moitié moindre que celui de l'objet lumineux, comme il est aisé de le constater par l'observation directe. Supposons qu'on examine un ])etit cercle blanc sur un fond noir. Partout où elles sont séparées, les deux images ordinaire et extraordinaire du point offrent une teinte grisâtre de même intensité, et réclat est égal à celui de l'objet là où les deux images se super- |H)sent. Enfin, le même phénomène a toujours lieu, quelles que soient les couleurs respectives de l'objet et du fond.

On fait encore la même expérience dans les cours, en laissant arriver un faisceau de lumière solaire sur le cristal et en rece-

38^ LE MONDK PHYSIQUE.

\ant les deux faisceaux réfractés sur une lentille convergente : les deux images vont se projeter sur un écran (fig. 192). Si l'on fait tourner alors le cristal parallèlement à la face d'incidenc-e, les deux images se déplacent en décrivant chacune une circoii-

Fig. 182. — Pro|)as.iti

'f images ordinaire et nitranrdin tgam d'ini

d'un cHsIal hir^frinfteiit.

férence de cercle, el l'on voit que, dans Uiutes les positions, il y a égalité dans leur intensité lumineuse. Si l'on fait en sorte que les deux images se snperposent en partie, l'éclat des partie» superposées sera double de celui que possèdent les parties séparées, comme on le voit dans la fi{îurc 19.'.

\j\\^ licite et ancienne expérience, due ;'( IIm\^i'iis. va nous prouver que les laisccaiix qui éineigcnl du spalli d'Islatule ont aecpiis de nouvelles et nv niai-ipiahlcs pi-ii|iriclés apn'-s Kif!. i!i.'.. — f.^AïiU- à<- i'i]ii.>ii<ii.> if.'^ leur déviation dans le milieu

imaRrs o.dim.iiM H .■ïliwdJni.iro d;ms . „. ,

h d..iiiii.T.-in.iiniL. cristallise, pi-iqirietes(pu'n avail

(loinl le faisceau lumineux avant son passage; à Iravcrs le cristal, (lelte cx|iérieiice consiste à recevoir, aprè.s leur sorlie du premier rhomboèdre, les rayons ordinaire et extraordinaire sur un second crislal, el à examiner les inlensilés relatives des images qui en résidlent quand on fait varier l'oi'ientalioii du secoiid crislal autour de

POLARISATION DE LA LUMIÈRE. 3â5

iliaque faisceau émergent. Voici un moyen très simple d'observer ]^s phénomènes qui se produisent : e'est, du reste, celui qu'a e#ïipIoyé Huygens lui-nu^me.

/^laçons un premier cristal sur un point noir an milieu d'un

/^>#:irl blanc. Il y aura deux images d'égale intensité. Posons

jn^M i «ilenanl un second spath d'islaiule sur le premier, et pla-

^•c>fi i-^-le de façon que leurs sections principales coïncident; un

clc*i5 jnoyens de réaliser cette condition est de placer les faces

tle^ E "^un parallèlement aux faces de l'autre : il n'y aura toujours

cJlmc3^ 4leux ingages, de même intensité qu'auparavant. SenlemenI

Ic^î^ ^leux images, ordinaire et extraordinaire, seront plus sépa-

ré^^*=5i qu'avec un seul cristal. La môme chose aurait lieu, pourvu

qtic]^ les sections principales des deux rhomboèdres restiissent

^ïa^m ij^ le même plan ou dans des plans parallèles, quand même

loR c3eux faces en regard des cristaux ne conserveraient pas

'^^^^* parallélisme; et il n'est pas nécessaire non plus que, dans

*^ l> femière position, les denx rhomboèdres se touchent.

^' c^ilàdonc déjà une première différence entre le rayon lumi- ^^^'^^^x avant sa réfraction dans le spalh d'Islande, et chaque ***^>^^^ii émergent ordinaire «m extraordinaire : tandis que le pre- ^^^^^^i" se bifurque en pénétrant dans le cristal, il semble que ^**^^o.iiu des deux antres reste simple, en |)énétrant dans le ^*^^*oiid cristal. Poursnivons notre étude.

*^^^isons maintenant tourner lentement le cristal supérieur, ^•^ Aiçon que la section principale tasse avec celle du prenner ^^s ungles de plus en j)lus grands. On va voir alors apparaître V^^liT images; chacune des deux premières sera dédoublée, ^^is sans conserver l'égalité d'intensité qui caractérisait celles- ^** lie ces quatre images, disposées aux sommets d'im losange ^ ^^tës constants, mais à angles variables, deux proviennent de '^ double réfraction, dans le cristal supérieur, du rayon ordiuaiv^ émergent; les deux autres proviennent de la double réir^otion du rayon extraordinaire. Mais, différence imj)ortante à ^^^^aler, en général chaque couple est caractérisé par une différence dans l'intensité lumineuse des images. La figure 194

représente leurs positions et leurs intensités relatives [lourdes angles, compris entre 0" et 180', des sections piincipalos des deux cristaux. Si les sections principales sont à angle droit, on ne voit plus que deux images; si elles font un angle de IfiO*, il en Psl de mt>me, à moins que, les cristaux ajjtnt lu uij^me épaisseui', les deux images ne se superposent; dans ce dernier cas, les déviations opérées |par chaque cristal se l'aisanl en sens upIMisés, ou n'a plus qu'iuie image unique.

Pig. l!»l.

d'IIuygeiis. Varialions faisceaui pulariRÔs p»r doubli

Il résulte déjà de cette première expérience que tout rayon de lumière qui a traversé un cristal doué de la double réfraction ne jouit plus, après son passage, des mêmes propriétés dans tous les sens ; dans certaines directions, il n'est plus su»ceplible de subir une nouvelle bifurcation, et dans les autrtô, les deux faisceaux dans lesquels il se divise n'ont phis mfime intensité lumineuse. Pour caractériser ces propriétés nouvelles, on dit que la lumière qui a traversé un cristal biréfringent est de la lumière polaiHsée\

1. C'csl Halus qui • a donué le nom de polaritalion ^ ceXlf, siiif[u1ièrc modificalion <le k . tumiËrr, d'après une hypotbèsn que Newton avait imaRiuiif jMHir nKjiliqucr le |

l'0LAH18ATI0N DE LA LI:MIÈRK 337

^luis il est imjHirlanl de |ii'éciscr tes phéitoiiiriios que nous

v«.— «'«ous de décrire. Pour cela, supposons fju'on fasse arriver sur

(I M-»~ iiremier cristal de spath d'Islande, dont la section priuci-

[>£.«, l«csl verticale, un faisceau de lumière solaire SI (fig. 195).

C^^ faisceau se divise, dans le plan de la section, en deux fais-

vm^^ s^m. ux, l'un ordinaire IH, l'autre extraordinaire lit'. Interceptons

r -H^ m M. I des deux par un écran, et laissons passer l'autre à travers

Il ■ :■ iiecoiid spath d'Islande; en général le faisceau lumineux, en

li~-=« -^ersaul le second cristal, suhira la double réfraction : il se

J>£« A * In géra en deux faisceaux, l'^lt, (|iii esl le faisceau ordinaire,

et M 'a R'„ qui est le faisceau exlraordinairc. Eiilin, à l'aide d'une

Fig. lltû. — i>uUriMliun iln r.,\

*■*- •■ille, projetons les faisceaux émergents sur un écran. Voyons *4\ii arrivera, si l'on fait tourner le second ci'istal de niaiiii^'re ■i^ire faire à sa section priTicij)ale tous les angle;

*^<^ celle du preniiei-, de 0' à ÔOO". La ligure 190 montre * *-^IIes sont les intensités i-elativcs des deux iinages, si c'est le ^<->n ordinaire émergent du premier cristal qui a traversé le . *^<:*nd ; la figure 197 montre au contraiie ce que sont ces inlen- •-^S, quand on laisse passer dans le second spath d'Islande le ^on cxlmordinaire émergé du premier.

^ ^*A uétiniùlrc gu|i|i<>iuit i[ue Il^s iiidIvciiIu* liiiiiiituiiM'* mil ili-u\ mii'Ics de jiûh's, uti jilulùt f^ *^ «w, jiiiii<>Minl Jp prupi'iélt^ {iltysiiinus ijilfon-nli'.'- : '|in' ilaiis lu ImiiiiTi' ordinaire le»

le piipùce dps diiei'MK iiuilràulm luiiiiihiUN"^ snril li>iil'liik>!i dm» liHiIes surU» de

1^ . ^v nuls i]uc pir l'actiun du crisUl le« unes sr Irutivriil dirJgi'i'K jurai lu h'iiiPiit ù sa ««11011 g. r^^ijMlc vt les autres |)crpeiiiliculHiii>iiieiil, cl i|ue h' fjHiiii' du ivfmctiuii ijii't'in'uiivual le» ^«=uln luinineuses lien! au sviis dim" lri(iirt h-iii-« raw» muiI luuntt-i's ivluliii'iuciit à la *^Mi |irîni-i|Hk'. • (l'tvi>itt.'l.)

b!ii résumé, un faisceau de lumière uaturelle est eati-é dans te premier spalli d'Islande oli il subit la double rétructiou, el chacun des faisceaux qui en sort a des propriétés particulières, que l'on caractérise en disant qu'il est polarisé : pour celle raison, le premier cristal reçoit le nom de polat'iseur. Le second cristal a servi à analyser les propriétés qu'a fait acquérir à chaque faisceau la polarisation : c'est le cristal analyseur.

Le rayon ordinaire, en passant daus l'analyseur, se divise en deux rayons dont l'intensité vai'ie selon l'angle que fait la section principale du second crislal avec celle du premier, el

riit du i-jyun cilni-

{pii dt)niu' (lf'U\ iiiiii'ics, l'une ordlnaipp, l'aiihe cxhaorHinaii-e. Si ct'l anjile est 0" un 180", l'image ordinaire cxisle seule avec l'inlensilé niaxiinuiii. l'iiiiagc extraoïdiiuiiie a disparu; à 90' ou ."(i(l", riiiuige exliaordiiiairo a le maximum d'éclal. l'autre il <lis|iarii. l'our dos positions iMlcniK'ilraires, oii la sct^onde section principale l'orme aM-c !a luemièrc des angles d deux images oui même iiileiisité. Krilin. dans les aul lions relatives des sections principales des cristaux, il inégalité d'inlensité dans l'une on l'autre des images. Ou dit alors que le rayon ordinaire est polarisé dans le plan de la section princijiale, et c'est à ce plan qu'on tlonne le nom de plan (h' pohirixalioii. Mainlenanl. comme le second i-ay<tn, le ravon

les posi-

laordinaire éprouve les mêmes modiiicalions eu passaut daus

ramrMalYseixr^ avec cette différeuce essentielle qu'il y a toujours

UMM^^ différence de 90 degrés dans les positions relatives des sec-

tio jr:B. 2S principales, on dit qu'il est polarisé dans un plan per-

porm «diculaire au premier plan do polarisation. Son plan de pola-

rissm^ &ion fait un angle droit avec la section principale du cristal

pol^x. jiseur. En un mot, les deux rayons, ordinaire et extraordi-

uaÎM.^^, provenant d'un rayon de lumière naturelle qui a subi

un €3 double réfraction, sont poIarùsiKs à angle droit.

polarisation par double réfraction, telle que nous venons d« 1 "étudier dans le spath d'Islande, se produit de la même ma- *^i^T^e avec tous les cristaux biréfringents. Mais il n'est pas

mrs facile de l'observer, à cause de la faible séparation des ordinaires et extraordinaiies. Avec le spath lui-même, ** .^i^ut des cristaux d'une certaine épaisseur, pour qu'on puisse **^'t^rcepler facilement l'un d'eux avec un écran. Aussi a-l-on ***^«iginé, pour obtenir cette séparation des faisceaux polarisés, ^^^ appareils plus commodes, parmi lesquels nous décrirons '^ ^ofisme de Nicol.

ÏL*e prisme de Nicol consiste en un long cristal de spath * " viande qui a été scié en deux, selon un plan perpendiculaire ^ -■ ^^ section principale. Les deux fragments, replacés dans leur V^^^ ition primitive, sont collés au moyen d'une couche de baume ^^^ Canada. L'indice de réfraction de cette substance est inter- ^'^^ciliaire entre les deux indices de réfraction du spath d'Islande ^^^"l'espondant, l'un au rayon ordinaire, l'autre au rayon extraoràiaaire. 11 résulte de là, comme on le démontre rigoureusement ^^<^cmme l'expérience le confirme, que si un rayon de lumière pénètre dans le sens de la longueur du cristal et s'y partage en deux par la double réfraction, le rayon ordinaire éprouve la ïè^exion totale à la surface du baume de Canada, tandis que le j^yon extraordinaire passe seul dans la seconde moitié du cristal et émerge par la face opposée.

Supposons qu'on emploie deux prismes de Nicol pour répé- II. 44

ter l'expérience d'Huygeiis. 11 est clair qu'on n'obliendi-a jamais que lieux images, celles <jui pruviennent du rayon émergent, c'est-à-d're du rayon extraordinaire polarisé par le premier prisme. Si les sections principales des deux prismes sont parallèles, l'une des deux images, l'ordinaire, est nulle; l'autre, l'extraordinaire, a son maxinmm d'éclat; si les seclious principales sont à angle droit, toutes les deux disparaissent, puisque l'image ordinaire, qui devrait avoir une intensité maximum, subit la réflexiiin lotale, cl que l'image extraordinaire a une intensité nulle. Le [iremier prisme, celui qui reçoit le rayon de lumière naturelle, est le nicol polariseur, l'autre est le nicol anulyseur.

Cette propriété du prisme de Nicol de ]ie laisser passer que fe rayon extraordinaire appartient aussi à un cristal naturel, la tourmaline, qui, sous une certaine épaisseur, absorbe fortement le rayon ordinaire. C'est Biol qui a découvert, en 1815, celte j)ropriété remarquable : elle va nous permeltre de donner, d'après .1. Ilerscliel, un imuvel exemple de la polarisation de la lumière par double refraction. « (Juand, à l'aide d'une roue de lapidaire, on a clivé un prisme de tourmaline en lames parallèles à l'axe, et d'une é|iaisseur unifoime d'environ un vingtième de pouce (1''"','27), on donne à ces lames le poli convenable. Alors les objets lumineux paraissent au travers^ comme si on les regardait avec nu verre coloré. Concevons une de ces lames interposée perpendiculairement entre l'œil et une chandelle : celle-ci sera vue avec une égale facilité dans toutes les positions de l'axe de la lame à l'égard de l'borizon. Si l'on fait tourner la lame dans son propre plan, on ne remarque aucun changement dans l'image de la chandelle. Donnant alors à celte pre*