POLARISATIOIN DE LA LUMIÈRE PAR DOUBLE RÉFRACTION

Quand on observe un objet lumineux au travers d*un cristal (loué de la double réfraction, d'un rhomboèdre de spath d'Islande, je suppose, nous savons qu'on voit deux images distinctes, 1 une dite ordinaire, suivant les lois de la réfraction simple, l'autre extraordinaire, dont nous avons indiqué les propriétés dans les paragraphes précédents. 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 remarquer que, dans toutes ces positions, l'intensité 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 petit cercle blanc sur un fond noir. Partout oii elles sont séparées, les deux images ordinaire et extraordinaire du point offrent une teinte grisâtre de même intensité, et l'éclat est égal à celui de l'objet là où les deux images se superposent. 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-

»4 LE lIvNDE PHTSI'jCE-

\:ïnl if^ i\f-n\ fai^f'anx rf^frarlé» 5nr one lentille fomfr^lr : 1*;^ (l#;ii\ imaf:*"* vont *e pri.jfter *nr un éfran fi;!, lîfti., N \'-n [ail Udim^r al'T« I*^ r'nStal paralU-ifuient à la îta? «TiiK-itleDiv. 1»-^ At-n\ ima^Lf-r- ~e (|.'|>tar.^nt pn ttr'-t-risanl rhaoai»»' une fiiv.'ii-

férf^nce de cercle, et l'an voit que. dans tuules les |H>silinns, il v a égalité dans leur inleiisilé lumineuse. Si l'on Cail en sorte que les deux images !Je sn(>er(«>>ent on partie, l'éclat des jartii^ superpt>sées sera double de celui que possèdent les parlit-s séparées, comme on le voit dans la ligure 19Ô.

Une belle et ancienne ex|H^ rience, due à Huygens, va nous prouver que les faisceaux (|iii émergent du spath d'Islamlf ont acquis de nouvelles et n'marquahles propriétés H|)ir> Fift. 103. — Égaiiu; dr l'iniensii.i des |eur dévialicH daos le niilifii

image» ordioiirc r.l Pitraordinairt: dans • ■■• r • , . t -

I* double nirrattio». crisla|lise, propriétés que n avaii

point le faisceau lumineux avaiii son passage à travers le cristal. Celte expérience eonsistP à recevoir, après leur sortie du premier rhomboédi'e, les rayons ordinaire et extraordinaire sur un second crist^il , et à examiner les intensités relatives des images qui eu résulleiil quand on fait varier Torientalion du second cristal autour de

chaque faisceau émergent. Voici un moyen très simple d'observer les phénomènes qui se priHluiseiit : cVsl, du reste, celui qu'a em|iloyé Huygens lui-même.

Plaçons un pi'emicr crislal sur un point noir au milieu d'uu fond blanc. Il y aura deux images d'égale iutensilé. Posons maintenant un second spalh d'Islande sur le premier, et plaçons-le de façon que leurs sections principales coïncident; un des moyens de réaliser celte condition est de placer les faces de l'un parallèlement aux faces de l'autre : il n'y aura toujours que deux images, de même intensité qu'auparavant. Seulement les deiLX images, ordinaire et extraordinaire, seront plus séparées qu'avec un seul crislal. La même cliose aurait lieu, pouiTu que les sections principales des deux rhomboèdres restassent dans le même plan ou dans des plans parallèles, quand même les deux faces en regard des cristaux ne conserveraient pas leur parallélisme; et il n'est pas nécessaire non plus que, dans la première position, les deux rlioraboèdres se touchent.

Voilà donc déjà une première différence entre le rayon lumineux avant sa réfracliou dans le spath d'Islande, et chaque rayon émergent ordinaire ou extraordinaire : tandis que le premier se bifurque en pénétrant dans le cristal, il semble que chacun des deux autres reste simple , en pénétrant dans le second cristal. Poursuivons notre élude.

Faisons maintenanl tourner lentement le cristal supérieur, de façon que la section principale fasse avec celle du premier des angles de plus en plus grands. On va voir alors apparaître quatre images; chacune des deux premières sera dédoublée, mais sans conserver l'égalité d'intensité qui caractérisait cellesci. De ces quatre images, dis|>osée8 aux sommets d'un losange à côtés conslants, mais à angles variables, deux proviennent de* la double rétraction, dans le cristal supérieur, du rayon ordinaire émergent; les deux autres proviennent de la double réfraction du rayon extraordinaire. Mais, dilTérence importante à signaler, en général chaque couple est caractérisé par une différence dans l'inlensilé lumineuse des images. La ligure 194

représente leurs positions et leurs intensités relalives pour des angles, compris entre 0* et 180*, des sections principales des deux cristaux. Si les sections principales sont à angle droit, on ne voit plus que deux images ; si elles font un angle de 180*, il en est de môme, à moins que, les cristaux ayant la mèDie épaisseur, les deux images ne se superposent; dans ce dernier cas, les déviations opérées par chaque cristal se faisant en sens opposés, on n'a plus qu'une image unique.

Fig. 19i. — Expéiii

ce d'Huygens. Vanalions d'iDlensilé des imagtt proTeiianl de deui

faisceaui polarisée par doubla réfraclioD.

Il résulte déjà de cette première expérience que tout rayoQ 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 susceptible de subir une nouvelle bifurcation, et dans les autres, les deux faisceaux dans lesquels il se divise n'ont plus même intensité lumineuse. Pour caractériser ces propriétés nouvelles, on dit que la lumière qui a traversé un cristal biréfringent est de la lumière po)misée\

1 . C'est Maliis qui • a donné le nom de polarÎMtion i celle sinf^lièrc modificalinn Af t> liiiniëre, d'après une lij]>olhèse que Newton aTait imaginée [Kinreiidiqui-r le phénomifl' : <*

Mais il est important de préciser les phénomènes que nous venons de décrire. Pour cela, supposons qu'on fasse arriver sur un premier cristal de spath d'Islande, dont la secliun principale est verticale, un faisceau de lumière solaire SI (fig. 195). Ce faisceau se divise, dans le plan de la section, en deux faisceaux, l'un ordinaire IR, l'autre extraordinaire IR'. Interceptons l'un des deux par un écran, et laissons passer l'autre à travers uu second spath d'Islande; en général le faisceau lumineux, en traversant le second cristal, subira la double réfraction ; il se partagera eu deux faisceaux, l'.R, qui est le faisceau ordinaire, et r,R',, qui est le faisceau extraordinaire. Enfin, à l'aide d'une

Fig. 195. -~ l'oUrbaliuii du cujuii oitlîniiiiv |<ar double rcfi'acliuii.

Iculille, projetons les faisceaux émergents sur un écran. Voyons ce qui arrivera, si l'on fait tourner le second cristal de manière à faire faire à sa section principale tous les angles possibles avec celle du premier, de 0° à 360°. La figure 196 montre quelles sont les intensités relatives des deux images, si c'est le rayon ordinaire émergent du premier cristal qui a traversé le second ; la figure 197 montre au contraire ce que sont ces intensités, quand on laisse passer dans le second spath d'Islande le rayon extraordinaire émergé du premier.

grand géomètre 9up|WKii[ que les inulùcules luuiiiieuiios unt deux surtes du pûli's, ou pluUt de laces, jouissant de proprîéics physiques dîfféi'cnlcs ; que dans 1j lumièra ordioaire les faces de même espèce drs djvei'scs moléculoa lumineuses sont tournées dans toutes sortes de sens, mais que par l'action du cristal les unes se IrouTOnl dirigées parallèlcmenl à sa section principale cl les autres perpendiculairemenl, et que le genre de rérractioD qu'éprouvent les molécules lumineuses lient au sens dans lequel leurs faces sont tournées rcUltTement à la secliun piincipalci • (Kresuel.)

Kn résumé, uti faisceau de lumière imlurelle esl entré daos le premier spath d'Islande où il suIjII la double réfraction, cl chacun des faisceaux qui eu sort a des propriétés particulières, (|ue l'un caractérise ou disant qu'il est polarisé : pour celle raison, le premier cristal re(,'oit le nom de polatiseur. I^e second cristal a servi à analyser les propriétés qu'a fait acquérir à chaque faisceau la polarisation : c'est le cristal analyseur.

Le rayon wdinaire, en passant dans l'analyseur, se tli\i>e en deux rayons dont l'intensité varie selon l'angle que fait la section principale du second cristal avec celle du premier, el

Kig, i!IU. — Ih-duubk'iui^iit lin \~.\\on uiiM- ïh}. HP7, — Itéiloublement du i-iivoii tilnnaire. lulciigilés lariablcs des iniages du ui'diiiaire. Inlensités dci> miajirt dii Ta!'-

fniïiceaii polariu-. coaii pulaiisé.

qui donne deux images, l'une ordinaire, l'autre extraordiiiaiiï. Si cet angle est 0* ou 180°, l'image ordinaire existe seule avec l'intensité maximum, l'image extraordinaire a disparu; à 90' ou 360*, l'image exti-aordinaire a le maximum d'éclal, l'autro a disparu. Pour des positions intermédiaires, oii la seconde section principale forme avec la première des angles de 45*, les deux images ont même intensité. Enlin, dans les autres positions relatives des sections principales des cristaux, il y a inégalité d'inlensité dans l'une ou l'autre des images. On dil alors que le rayon ordinaire est polarisé dans le plan de la section principale, et c'est à ce plan qu'on donne le nom de pion (le polarisation. MainlenaiLt, comme le second rayon, le ravim

extraordinaire éprouve les mêmes modifications en passant dans if

l'analyseur, avec cette différence essentielle qu'il y a toujours une différence de 90 degrés dans les positions relatives des seclions principales, on dit qu'il est j^olarisé dans un plan perpendiculaire au premier plan de polarisation. Son plan de polarisation fait un angle droit avec la section principale du cristal polariseur. En un mot, les deux rayons, ordinaire et extraordinaire, provenant d'un rayon de lumière naturelle qui a subi une double réfraction, sont polainsés à angle droit.

La polarisation par double réfraction, telle que nous venons de l'étudier dans le spath d'Islande, se produit de la même manière avec tous les cristaux biréfringents. Mais il n'est pas toujours facile de l'observer, à cause de la faible séparation des faisceaux ordinaires el extraordinaires. Avec le spath lui-même, il faut des cristaux d'une certaine épaisseur, pour qu'on puisse intercepter facilement l'un d'eux avec un écran. Aussi a-t-on imaginé, pour obtenir cette séparation des faisceaux polarisés,

des appareils plus commodes, parmi lesquels nous décrirons le pnsme de Nicol.

Le prisme de Nicol consiste en un long cristal de spath d'Islande qui a été scié en deux, selon un plan perpendiculaire à la section principale. Les deux fragments, replacés dans leur position primitive, sont collés au moyen d'une couche de baume du Canada. L'indice de réfraction de cette substance est intermédiaire entre les deux indices de réfraction du spath d'Islande

correspondant, l'un au rayon ordinaire, l'autre au rayon extraor-

dinaire. Il résulte de là, comme on le démontre rigoureusement et comme 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 réflexion totale à la surface du baume de Canada, tandis que le rayon 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-