DÉTAILS SUR LA FOLARISATION CIRCULAIRE

Comme les phénomènes de la polarisation circulaire sont en général assez peu connus, il ne sera pas inutile d’entrer à ce sujet dans des développements un peu étendus. Nous les ferons précéder pour plus de clarté de quelques détails sur la manière dont on envisage l’onde lumineuse daus la théorie des vibrations.

On appelle rayon lumineux la ligne suivant laquelle la

NÔTES, 405 lumière se propage. Trois théories ont été présentées pour expliquer {es différents phénomènes de l’optique, savoir la théorie de l'émission, la théorie des ondulations et celle des vibrations. a

Dans la théorie de l'émission on compare la lumière â des espèces de particules, à de petites balles qui partent du point lumineux pour venir frapper la rétine. Dans cette théorie un rayon lumineux est produit par la marche de ces espèces de projectiles. Rien de plus simple à concevoir.

Dans la théorie des ondulations, on admet qu’il se fait dans l’éther des ondulations analogues aux ondes sonores. Dans ce système un rayon lumineux est produit par la succession des ondes qui se sont engendrées l’une l’autre. Ici le phénomène est tout aussi facile à comprendre. Il n’en est pas de même pour la (héorie des vibrations. Les vibrations, en effet, élant des mouvements perpendiculaires au rayon, on peut se demander comment elles se propagent le long du rayon, comment ces mouvements transversaux donnent naissance à un mouvement longitudinal.

Les partisans du système des vibrations pour expliquer ce fait admettent que les molécules d’éther ne sont pas complètement libres et indépendantes entre elles; ils supposent que ces molécules ont une sorte d'adhésion latérale, de viscosité, si je puis m’exprimer ainsi, qui permet à chaque molécule en mouvement non-seulement de pousser devant elle la molécule qui se trouve dans la direction de sa vitesse, mais encore d’entraîner celles qui l’avoisinent des deux côtés de cette direction.

D'après cette hypothèse, le mode de propagation qui constitue un rayon lumineux, offrirait une certaine analogie avec l’onde qui parcourt une corde tendue que l'on frappe

à une de ses extrémités. Dans ce cas, en effet, la direction de l’onde est la longueur de la corde, et celle de chaque molécule est dans un plan perpendiculaire à cette longueur. C’est là précisément le genre de propagation que Fresnel a supposé à la lumière. Il regarde l'œil comme affecté uniquement par les vibrations des molécules éthérées qui ont lieu dans des plans perpendiculaires aux directions des rayons.

Dans la théorie des vibrations, la seule dont nous parlerons désormais, on appelle rayon de lumière polarisée celui dont les vibrations s’exécutent toujours dans le même plan, et rayon de lumière non polarisée ou naturelle, celui dont les plans de vibrations varient continuellement. Pour la lumière polarisée le plan de vibration reste toujours le même, pour la lumière non polarisée il change à chaque instant et passe successivement par tous les azimuts imaginables.

Quelques auteurs appellent plan de polarisation le plan dans lequel les vibrations s’effectuent, c’est-à-dire le plan passant par la direction du rayon et par la ligne décrite par chaque molécule vibrante. La plupart cependant appellent plan de polarisation le plan perpendiculaire à celui que nous venons d'indiquer, et cela par des considérations dans le détail desquelles nous ne pouvons entrer. Pour éviter toute confusion nous appellerons le premier, plan de vibrations, et le second, plan de polarisation.

Supposons donc une corde d’une certaine longueur et tendue horizontalement ; si à une de ses extrémités on lui donne un mouvement de va-et-vient perpendiculaire à sa longueur, il se formera une onde ou plutôt une suite d’ondes, et chacune de ses molécules, après un temps propor-

tionnel à sa distance à lendroit primitivement ébranlé, commencera à décrire une ligne semblable à celle que décrit l’extrémité ébranlée et semblablement située. Si l’ébranlement primitif se répète dans un même plan et d’une manière régulière, toutes les molécules seront dans le même cas, et la corde entière prendra la forme d’une courbe plane et onduleuse; c’est ie cas d’un rayon ou d’un système d’ondes polarisé.

En admettant ce qui précède, on comprendra facilement l'interférence des rayons semblablement polarisés et la non-interférence de ceux qui se trouvent dans le cas contraire. Supposons en effet une corde ébranlée à l’une de ses extrémités par un mouvement vibratoire qui se répète toujours dans le même plan par intervalles égaux, la corde prendra, comme nous venons de le dire, la forme d’une courbe onduleuse et plane. Maintenant, si l’on ajoute à ce mouvement un autre mouvement semblable, situé dans le même plan et de même intensité, mais commençant une demi-ondulation plus tard, 1l évident que le mouvement que chaque molécule aurait pris en conséquence du premier système d’ébranlement sera continuellement neutralisé par l'impulsion en sens inverse qui lui imprimera le second; par conséquent, la molécule restera en repos ainsi que la corde elle-même ; il y aura interférence. Si maintenant les mouvements du second système ont lieu dans un plan perpendiculaire au plan des mouvements du premier système, en un mot, si ces deux plans sont rectangulaires entre eux, il est évident que la résultante ne pourra plus être nulle, il est évident que la figure de la corde sera changée, qu’elle prendra celle d’une courbe à double courbure, en général d'une hélice elliptique, qui deviendra l’hé-

lice circulaire quand les deux vibrationscomposantes seront égales et différeront exactement d'un quart d’ondulation.

Touie vibration rectiligne, en effet, peut se décomposer en deux autres également rectilignes; supposons d’abord ces trois vibrations dans un même plan perpendiculaire à la direction du rayon ; supposons que les deux vibrations constituantes forment chacune un angle de 45° avec la vibration résultante, et par conséquent soient rectangulaires entre elles, ces deux vibrations formeront les deux côtés d’un rectangle qu’on pourra composer en une résultante unique par la règle du parallélogramme des forces. La direction et l'amplitude de cette résultante seront précisément la direction et l’amplitude de la vibration rectiligne que nous étudions. Mais si ces deux vibrations constituantes, rectilignes toutes deux et rectangulaires entre elles, et ayant la même amplitude, s’exécutent de telle manière qu’une molécule d’éther se trouve tout à la fois à son point d'écart maximum, pour une vibration, et à sa position d'équilibre pour l’autre, et vice versä, en d’autres termes, si l’une des vibrations constituantes diffère de l'autre d’un quart d’ondulation, la vibration résultante sera circulaire.

Les molécules tourneront de droite à gauche (1) lorsque

(1) Supposons un tire-bouchon ordinaire que l’on fait tourner de manière à percer le liége, en tenant devant soi la tête de l'instrument. Cette tête tournera de gauche à droite par la moitié supérieure du cercle qu’elle décrit. Si, au contraire, on fait tourner le tire-bouchon comme pour le dégager du liége, sa tête tourne de droite à gauche par la moitié supérieure du cercle. Pour un homme tournant le dos à la source lumineuse, les molécules tourneront de gauche à droite quand elles iront de la gauche de cet homme vers la droite, par la moitié supérieure du cercle

le système d’ondes, qui est en avance d'un quart d’ondulation, aura son plan de vibrations à droite de celui du systême d’ondes qui est en arrière; elles tourneront, au contraire de gauche à droite lorsque le premier plan sera à gauche du second, ou bien lorsque, les plans de vibrations restant disposés comme dans le premier cas, la différence de marche sera égale à trois quarts d’ondulations.

Si la différence de marche, au lieu d’être un nombre pair où impair de quarts d’ondulations, en était un nombre fractionnaire, les mouvements vibratoires ne seraient plus ni rectilignes ni circulaires, ils seraient elliptiques.

Supposons donc maintenant deux rayons tournant en cercle l’un de droite à gauche, et l’autre de gauche à droite; je dis que ces deux mouvements, par leur combinaison, pourront produire un rayon polarisé rectilignement. En effet des quatre directions dans lesquelles peut se décomposer le mouvement circulaire, 1l y en a deux qui seront détruites par les mouvements divergents ou convergents de l’autre cercle; deux seulement concoureront avec les deux directions correspondantes de l’autre mouvement circulaire à imprimer un mouvement efficace à la molécule d’éther que nous considérons. L’un portera cette molécule à l’extrémité d’un diamètre, l’autre la ramènera à l’autre extrémité.

Tout faisceau de lumière d’une intensité égale à 1, et

qu’elles décrivent, elles iront de droite à gauche quand elles iront de sa droite à sa gauche par le même demi-cercle. On voit d'après cela que pour l'observateur qui reçoit les rayons, les directions sont inverses des directions énoncées, car l'observateur tourne la figure et non le dos vers le rayon qui Jui arrive.

polarisé rectilignement, peut donc être décomposé en deux faisceaux polarisés Circulairement, animés de la même vitesse, ayant chacun une intensité 172, et tournant l’un de droite à gauche, l’autre de gauche à droite. Le plan dans lequel se feront les vibrations du rayon qui résultera de la combinaison des deux rayons circulaires, sera nécessairement parallèle au diamètre, aux extrémités duquel se croisent les molécules d’éther ainsi animées de mouvements circulaires inverses. Si maintenant on réunit par un même plan tous les diamètres analogues de chacune des sections normales que l’on peut supposer à l’onde lumineuse tout entière, on aura ce qu’on appelle le plan de croisement. On peut donc établir le principe suivant : deux rayons d'égale intensité, polarisés circulairement en sens contraire l’un de l’autre, et animés de la même vitesse, se composent en un seul rayon d'intensité double, dont les vibrations s’opèrent parallèlement au plan de croisement de l'onde Iumineuse.

Or si maintenant l’un des deux faisceaux polarisés circulairement, celui de gauche par exemple, venait à être en retard sur l’autre, il est évident que le plan de polarisation du faisceau polarisé reculignement tournerait de droite à gauche d’une quantité proportionnelle au retard éprouvé.

Si donc il se rencontre dans la nature quelque substancequijouisse de la singulière propriété de transmettre avec des vitesses différentes les faisceaux polarisés circulairement de droite à gauche, et ceux qui sont polarisés de gauche à droite, tout faisceau polarisé rectilignement devra en traversant ces substances, éprouver un mouvement de rotation dans son plan de polarisation. Ce mou-