APPAREILS DE L OPTIQUE MODERNE

§.216. — Comment la lentille laissé indéterminée la position

de rœil.

Dans la chambre obscure, où il s'agit de la reproduction d'un objet, Temploi d'une lentille ne laisse à l'écran qu'une seule position. Ici, même en passant du trou à la lentille j l'écran continue de pouvoir prendre une foule de positions, soit postérieures, soit antérieures au foyer principal. Si nous le reculons par exemple, il recevra les sommets de cônes convergents, issus de certains cônes incidents qui auraient pour points de départies foyers conjugués cor respour dants*, c'est-à-dire qu'au lieu d'agir comme faisceaux parallèles, les rayons incidents se grouperont en une foule de cônes, soit divergents, soit convergents, dont les sommeis seront dans certains plans.

§ 217. — L'impressioii yariable dans un même cône.

Si, dans le groupement en faisceaux parallèles, les divers rayons engendrent le même retard et donnent une seule et même teinte renforcée par leur concours, avec le groupement en cônes on aura des retards variables, dans des limites d'autant plus étendues que les cônes seront plus ouverts, ou, ce qui revient au même, que leurs sommets seront plus rapprochés de la lame. La teinte fournie par cet ensemble discordant sera donc la résultante de teintes élémentaires distinctes, et devra différer de celle qu'on obtient au foyer principal. Quand la lame sera parallèle à l'axe, les retards contractés par les rayons d'un même cône dilîé- Feront peu , et l'on aura encore des couleurs qui pourront même ne pas changer sensiblement avec la position de l'écran^ et c'est alors que le choix des premiers cônes pourra paraître , ainsi que nous l'avons dit (§ 210), dicté par l'ensemble des deux conditions fondamentales. Mais, avec des lames perpendiculaires à l'axe,, le retard éprouvera aisément des changements de plusieurs ondulations et occasionnera dans chaque cône ^ pour chaque sorte de lumière ,

tous les états possibles de l'interférence addilive et souslractive^ dans ce cas, les lignes isochromatiqnes feront place à un ëclairement constant, mais on peut les faire renaître en réduisant par un diaphragme l'ouverture des cônes.

§ 218. — Cas où l'œil intenrient.

Comme ToBil n'est au fond que l'ensemble d'une lentille et d'un écran, il pourra intervenir directement. Appliquonsle d'abord contre le cristal -, suivant qu'il sera presbyte ou myope, il apercevra les lignes isocbromatiques dues à des groupements divers des rayons incidents (*). S'il est trèsmyope, ou s'il se rend tel par l'emploi d'une loupe, les cônes utilisés pourront être assez ouverts pour que les franges soient confuses et qu'il faille diminuer, à l'aide d'undiaphragme auxiliaire, l'ouverture de la pupille. L'œil infiniment presby te. conserye seul, en s'éloignant du cristal, mais avec réduction du champ , le même phénomène ^ dans' tout autre cas , cet éloignement entraîne dans les rayons , d'autres groupements, et partant , au moins théoriquement, un changement dans les couleurs. D'ailleurs ce sera dans la région de la .vision distincte, et par conséquent, en dehors du cristal , qu'on verra ces couleurs.

§ 219. — Les disperseurs.

Quand on observe le cristal en plein air, les rayons né manquent à aucune direction. Il n'en est pas' de même quand on opère dans un appartement., et surtout qu^nd on veut employer les rayons énergiques du soleil. Dans ce dernier cas par exemple on n'aurait que la parcelle des lignes isocbromatiques, qui répond à l'ensemble des directions comprises dans un cône d^un demi -degré. Dans jde pareils cas , il importe de soumettre la lumière iricidenle à un re-

( *) En armant chaque œil d'une lenlille divergente qui ait pour longueur focale celic de la vision distincte, tous verront le même phénomène, à savoir celui de rocil infiniment presbyte.

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maniement qui la transforme en côiies très-ouverts, et partant en cylii|drcs très-écariés. Tel e&t le rôle.des disperseias ; le plus, simple consiste dans une lentille qui se place en ^vant du cristal , à une distance égale à so.n foyer principal. Pour obtenir à la fois des cônes très-ouverts çt une grande image du soleil, on la prend à long foyer et d'une grande diniension. La distance précitée, pour être la meilleure, n'est cependant pas obligatoire^ on pourra donc éloigtier un peu le cristal , quand Timage du soleil n'en couvrira pas toute la surface. Il est visible d'ailleurs <ju'il ne faut rechercher dans «ne lentille disperseur aucune des qualitéi^ qui la rendent coûteuse, telles que F achromatisme, la pureté des matières et l'aplanétisme.

Dans lés expériences où la lumière doit subir l'action d'un polarisateur et d'un polariscope, il importe que ces auxiliaires ne réduisent pas trop le champ. Deux tourmalines suffisamment «larges, appliquées contre les deux faces du cristal, satisfont parfaitement à cette condition ; il n'en serait plus de même ave.c les. prismes de Nicol longs et étroits si l'emploi d'un disperseur n'avait ce second avantage dé produire dans les rayons un étranglement qui atténue les inconvénients de leur longueur et de leur étroitês^e.

§ 220. — Deuxième cas-limite. — Position de la lentille. — Lieu du phénomène.

Groupons les rayons incidents en cônes convérgenis qui aient polir sommets les divers points de la lame qui engendre les retards. Chacun d'eux donnera naissance à deux cônes divergents dont la superposition sera en général presque mathématique. Le résultat de l'interférence propre à ces deux cônes ne sera appréciable qu'autant qu'ils s'isoleront des cônes pareils issus des autres points. Il faut dpuc que l'oeil se place à une distance de leur sommet commun égale à celle de la vision distinctç. D'où il résulte que ce sera au sein même de la lame, et non plus au

dehors qu'on verra les- couleurs , et que le phénomène aperçu par les divers observateurs sera le même. Si Toeil se déplace, aux cônes précédents succèdent d'autres cônes qui ont leurs sommets en dehors de la lame et sont formés deâ débris incohérents des premier». Les rayons qui viennent alors agir en un même point de la rétine , ayant traversé des épaisseurs très^inégales , cessent d'avoir une relation fixe i et partant il n'y a à attendre qu'un édairement moyen et uniforme du groupement ingrat assigné, par la mauvaise position de l'œil, aux rayons qui ont subi l'action de la lame mince^

La lentille qui projettera ces phénomènes ne peut plus se miettre au contact de la lame, mais doit s'en éloigner à une distance au moins égale i son foyer principal. L'écran se place au foyer conjugué (alors toujours réel) de là lame mince. Avec l'œil, même quand il s'aide d'une loupe (*), les cônes mis en jeu restent étroits , et l'emplôî d'un disperseur est inutile. Quand on procède par projection, on peut, pour avoir plus d'éclat, recourir aux rayons solaires 5 oti peut, de plus, vouloir donner aux cônes la largeur de la lentille; il faut alors recourir à un disperseur. Cette Substitution de larges cônes aux cônes étroits, qui n'aurait que des avantages si le retard ne dépendait mathématiquement que du point attaqué par le cône, nuit ordinairement à la pureté des teintes , et leur apporte une altération d'autant plus grande que les retards varient davantage avec la direction.

§ 221. — Désignation de ces dent cas.

Ces deux manières fondamentales d'opérer constituent ce

(^) Il faut cependant réserver le cas où de légers changements de direction amèneraient de grandes variations dans le retard. Les anneaux obtenus sous des incidences voisines de la réflexion totale sont dans ce cas, ainsi que l'a j^emarqué M. Stokes. Pour voir nettement les curieuses particularités de forme propres aux fragments d'anneaux qui restent visibles , il faut, avec ce physicien éminent , réduire l'étendue de la pupille et iregarder à travers un trou d''aiguil1e pratiqué dans un papier noirci.

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qu on iioiuiue le§ conditions dé la lumière convergente ou di\*ergente et de la lumière parallèle; dans la première^ ^«s -rayons agissent comme. faisceai^x parallèles très-divergents; dails la seconde, ils se groupent en faisceaux coniqueiipeu ouverts, peu inclinés ]es uns sur les autres, et qui émanent, du corps où s acquièrent les retards. L'idée de convergence ou de parallélisme porte donc sur les axes des divers faisceaux , tandis que la relation inverse et simultanée de parallélisme et de conicité rapplique à la constitution des faisceaux, et en rigueur la précédente nomenclature, toute géométrique, ne peut être taxée d'obscurité. Cependant si rpn considère que , pour, la génération pratique des faisceaux parallèles, très-divergents, on aura recours à la formation préalable, par un disperseur de faisceaux coniques très-ouverts , et qu ainsi , à ce nouveau point de vue , il y aura un nouvel enchevêtrement du convergent et du parallèle, on pensera peut-étrç qu'il serait préférable d'emprunter la désignation de ces deux cas aux conditions physiques du phénomène, et de dire, dans le premier, phénofnèhe d'interférence de direct ion y et dans le second phénomène d* interférence locale» Entre ces cas extrêmes se trouvent tous les groupements en faisceaux coniques émanés d'autres points que ceux du corps. *

Le phénomène que nous avons pris comme type des interférences locales (anneaux des lames minces) s'évanouit dès qu'on s'écarte notablement des conditions que nous avons décrites (§220); et à plus forte raison, si l'on voulait lui imposer le mode d'expérimentation propre aux interférences de direction. Il n'en est pas de même de celui que nous avons pris pour type de l'autre cas extrême ; car on saura qu'une lame cristalliisée exposée, soit aux faisceaux parallèles divergents, soit aux faisceaux coniques qui convergent dans son sein, soit aux faisceaux coniques doués d'une tout autre convergence, peut donner dans chaque cas un phénomène décoloration; mais alors le cas d'interférence

locale reste caractérisé par la nature plate de la teinte, et celui d'interférence de direction par les[>lus grandes varia-^ tions déteinte. Quand on a ainsi affaire à une teinter parfaitement plate» que, par exeihple, la teinte reste invariable, quoique Ton s'écarte grandement des conditions . d'interférence locale; si l'appareil sq termine du côté de Tœil par un oculaire , on observera que cet oculaire peut s^ dispenser d'avoir cette position stricte qui fait con veiner sur la rétine les derniers faisceaux :.en effet, puisque tous les cônes d'une part, et de l'autre tous les rayons de chaque cône, donnent une seule et même teinte , ces côâes peuvent rencontrer la rétine autre part qu^en leurs sommets , sapis cesser de lui donner la même impression. Les appareils de l'optique ancienne ne présentent rien de pareil.

Parmi les appareils de polarisation colorée, il en est (la pince à tourmalines) qui ne réalisent que le premier cas, et d'autres (l'appareil de Biot) qui ne réa^. lisent que le second. L'appareil de Norremberg, complété par une lentille, peut, dans certaines limites, remplir le premier rôle; mais Tapparéil d'Amici excelle seul égale-, ment dans les deux. Nous verrons en effet qu'avec la lumière parallèle il amplifie tellement les régions où apparaissent les teintes plates, qu'il rend très-manifestes, dans de très-petits cristaux (ce sont, on le sait^ les meilleurs), les diverses teintes juxtaposées dues aux diverses épaisseurs, et qu'il grandit dès lors les ressources que ces teintes et leurs dégradations offrent pour faire deviner la forme du cristal ; nous allons voir aussi qu'avec la lumière coni^ergente il donne un champ d'environ i3o degrés , et par conséquent de grandes chances pour rencontrer, au premier coup d'oeil , les axes trop souvent très-écartés l'un de l'autre et très-obliques sur les faces. Décrivons-les tour à tour.

§ 222.— AppareU de M. Biot.

Allongez les deux tiges parallèles qui terminent à droite

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l'appareil (Jig* pS), de manière à pouvoir leur confier une ou deux plates-formes percées centralement d*iïn trou circulaire ..Que ces plates-formes successives puissent se mouvoir : | I** dans leur plan , 2° autour d'un axe perpendiculaire aux tiges; les deux limbes mesureurs de ces mouvements, rési- î îlant le premier dans le plan de la plate-forme, et le deuxième sur la face extérieure d'une des deux tiges . Enfin, que le polariscope, reporté à l'extrémité libre des tiges, soit un prisme | biréfringent et non plus un miroir. Ainsi transformé, l'ap- ' pareil se prêtera à l'étude des teintes plates que donnent, soit sous l'incidence normale, soit sous diverses incidences obliques, une ou plusieurs lames cristallisées successives. Ne supposons qu'une lame : si sa distance à l'œil était celle de la vision distincte, on verrait la teinte au sein de la lame elle-même. Si cet accord de distance a lieu pour le diaphragme placé à l'intérieur du tube, ce seront ses deux images circulaires qui se teindront des couleurs complémentaires. L'ouverture du diaphragme et le pouvoir séparateur du spath açhromatisé seront tellement combinés, que les deux images colorées soient presque tangentes l'une à l'autre. Enfin l'image achromatisée est l'extraordinaire, parce que c'est surtout à ses teintes qu'on s'en réfère dans l'étude des phénomènes.

§ 223. — Appareil de Norremberg*

Dans cet appareil assez connu pour que nous nous dispensions d'en donner le dessin, le polarisateur est uûe simple lame de verre mobile autour d'un axe horizontal porté par deux piliers verticaux. On l'incline sur eux de 34 degrés, de manière à lui faire renvoyer vers le bas des rayons venus des nuages. Ces rayons polarisés rencontrent au bas des piliers une glace horizontale étamée qui les renvoie vers le haut. Ds traversent partiellement, sans perdre leur polarisa- •tion , d'abord la glace polarisatrice , puis une lame de verre horizontale qui sert de support aux cristaux, et arrivent I. 24

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enfin à un miroir dont la face postérieure est noircie. Ce polariscope peut s'enlever et faire place à tout autre polariscope. Réduit à ces organes, rappârcil de Morremberg convient parfaitement pour Tobservation des phénomènes de lumière parallèle, et excelle quand les corps où ils se développent ont une grande étendue , les verres trempés et courbés par eicemple. Mais nous verrons plus loin'(5 229) qu'en lui ajoutant une lentille , on peut en étendre l'emploi aux phénomènes de lumière convergente. La glace étaméc peut servir également de support; mais alors les cristaux, étant traversés detfx fois par la lumière , donnent un retard double. Celte propriété peut être très-utile (§§ 292 et 623), et constitiie pour cet appareil un avantage réel.

§ 234. — Microscope polarisant. ~ Lainière parallèle.

Une pile de verre P, grâce à un miroir étamé M, mobîhî autour d'un axe horizontal {Jig m4), reçoit sous l'angle de polarisation i a lumière du ciel, et le faisceau polarisé, dû aux réflexions multiples, et autrement énergique que celui d'un appareil de Norremberg , s'élève verticalement vers le microscope.

Porté , comme la pile , par une tige verticale carrée T, taillée en crémaillère, le long de laquelle il pourra glisser, le microscope comprend , ainsi que tous les microscopes , un objectif O, un verre intermédiaire et un oculaire. Seulement, les distances et les courbures sont choisies de manièrerque le cristal soit très-loin de l'objectif, et que le cercle de Ramsden se trouve rejeté à plusieurs centimètres au delà de l'oculaire. Le grossissement est modéré, il est habituellement de 13 diamètres; mais on peut^ en changeant d'objectif, le porter, quand il s'agit de petits cristaux, à 55. La distance OVde l'objet, qui était de io5 millimètres, est alors réduite à i6. Les rayons employés doivent se grouper en deux séries de cônes qui ont leurs sommets sur le , cristal. Chaque point possède, comme chez les anneaux des lames minces, maiâ pour un motif de double réfraction,