I. DESCRIPTION DES APPAREILS

Les vibrations d*une molécule du fluide qui propage la lumière sont planes. Si Ton ne considère que les vibrations isochrones, c*est-à-dire celles qui donnent naissance à de la lumière d'une couleur déterminée, le déplacement périodique de la molécule rapporté à deux axes rectangulaires Ç et 73 peut toujours être représenté par les deux équations :

Ç = Asin2z(;jT-ha) ; iQ=Bsin2wf;j:-f- P)-

En éliminant le temps variable t entre ces deux équations, on voit aisément que, en réalité, la trajectoire de la molécule est une certaine ellipse. On dit que la vibration est elliptique. Rapportées aux axes de Tellipse de vibration, les projections des déplacements de la molécule sur les axes coordonnés seraient :

ç=::.Msin2^rn» t) = N co» 2x ;« ;

L*é(|uation de Tellipse étanl :

CUAPITHK V. — LUMIÈRE PARALLÈLE.

La vibration est circulaire lorsque M = N.

Lorsque M = 0 ou N == 0, la vibration est rectiligne.

On emploie souvent les mots de polarisations rectiligne, circulaire, elliptique. Nous nous contenterons de rappeler que, lorsque la polarisation est rectiligne, on BippeWe plan de polarisation un plan perpendiculaire à la vibration.

La lumière qu'émettent directement les sources lumineuses, et qu*on appelle lumière naturelle, ne possède, à proprement parler, aucun des modes de polarisation qui vient d*être défini. Les molécules qui vibrent sous rinfluence de ces radiations lumineuses sont dans le môme état que si elles vibraient elliptiquement, et si en même temps on concevait que Tellipse de vibration se déplaçât très rapidement et très irrégulièrement dans son plan. En d'autres termes, la projection du mouvement de la molécule sur une droite est la même quelle que soit cette droite.

On possède le moyen de régulariser cette vibration en quelque sorte désordonnée de la lumière naturelle et de rendre stable l'ellipse vibratoire. La lumière qui a subi cette modification est dite polarisée. On affecte cependant plus spécialement cette dénomination à celle qui est polarisée rectilignement ou pour laquelle l'ellipse vibratoire est une droite.

Les appareils qui servent à polariser la lumière portent le nom de polariseurs; nous allons passer successivement en revue ceux qui sont les plus employés.

Polariseurs par réflexion. — On fait tomber sur un miroir en

Ji

verre noir âB (fig. 41) un faisceau de lumière parallèle FG, faisant

avec la surface du miroir un angle d'environ 55<^ 25'. Le faisceau réfléchi est polarisé dans le plan d'incidence, il vibre donc parallèlement au miroir. Pour former le faisceau parallèle incident» lorsque le faisceau réfléchi doit être vertical, on place devant le miroir AB un miroir étamé ordinaire CD qui reçoit la lumière des nuées EF, et la renvoie suivant la direction FG. On peut substituer au miroir en verre noir une pile de glacps minces sans couleur.

On peut encore recourir h la disposition suivante. Une glace sans tain AB (fig. 42) reçoit la lumière diffuse EF, la réfléchit sur le miroir étamé horizontal CD, qui la renvoie suivant la verticale GH. La lumière est polarisée par la première réflexion smr AR ; en traversant la lame elle reste polarisée dans le plan d'incidence.

Polarisenr par absorption. — On interpose sur le faisceau incident parallèle et dans une direction normale une plaque de tourmaline. La tourmaline cristallise dans le système rliomboédrique, et la plaque est taillée parallèlement à Taxe ternaire. Le faisceau de lumière naturelle donne donc à Fémergence deux faisceaux vibrant l'un suivant Taxe, l'autre perpendiculairement à l'axe. Or la tourmaline jouit de cette propriété curieuse de posséder un pouvoir absorbant considérable pour les rayons ordinaires vibrant perpendiculairement à Taxé. Le faisceau transmis se composera donc, à peu près en totalité, des rayons extraordinaires vibrant suivant Taxe.

Ce polariseur très commode a Tinconvénient de colorer le faisceau de lumière, les tourmalines qui jouissent do propriétés absorbantes convenables étant toujours assez fortement colorées.

PolarlMars réfrlngeata. — 1^ Prisme de NicoL — On interpose sur le faisceau de lumière naturelle un appareil nonmié prisme de NicoL Pour le construire, on prend un de ces cristaux de chaux carbonatéc parfaitement limpides et transparents qu'on rencontre dans les terrains volcaniques de l'Islande. On sait que la chaux carbonatëe cristallise dans le système rhomboédrique, et possède des clivages très nets suivant les faces du rhomboèdre. On prend un solide de clivage bien limpide dont le rapport de la longueur à l'épaisseur soit environ de 5 à 1; on le scie en deux suivant la petite diagonale AA' (fig. 45), qui fait alors avec AB un angle d'environ 89» 17', puis on recolle les deux morceaux avec du baume de Canada. Dans la calcite, qui est un cristal uniaxe, l'indice ordinaire est égal à 1,483, et l'indice extraordinaire à 1,658. De la grande différence de ces deux indices, et de la

CHAP. V. — LUNIÉRE PARAIIËLE. ISl

direction particulière donnée à la section AA'. il résulle les conséquences suivantes.

Si l'on considère un rafon cheminant suivant une direction parallèle à la longueur AB' du spatli, et les deux vibrations ordinaires let extraordinaires qui se meuvent à la fois /

sur cette direction, le rayon ordinaire, arrivant A la '

surface de séparation du spath et du baume, la rencontre en faisant un angle d'incidence ëfi;al à 69* 49'; cet angle étant supérieur i l'angle de réflexion totale du rayon ordinaire, celui-ci est réfléchi et ne poursuit pas sa marche. Le rayon extraordinaire au contraire, dont l'angle de réflexion totale est plus grand, ponr^ suit sa marche, pénètre dans la seconde partie du prisme et en ressort parallèlement é sa direction primitive.

Ceci restera vrai pour les rayons compris dans nn certain cAne que l'on pourrait déterminer par le calcul. Les rayons situés dans l'intérieur de ce cAne sont polarisés par leur passage i travers le prisme, /

puisque les rayons extraordinaires seuls soutirant \

mis; les rayons situés en dehors de ce cAne ne sont pas polarisés. L'ouverture de ce c4ne. qui détermine le '*''

champ, varie suivant les dispositions données k l'appareil, c'est-A-dire suivant la direction du plan de coupe AA', et suivant la nature du milieu interposé entre ses deux moitiés. Avec les niçois ordinaires, le champ est d'environ 30*.

HH. Hartnack et Prasmovraki' ont modifié le prisme de Nicol, do manière â lui donner une moindre hauteur, sans que le champ soit diminué. Ils dirigent le traitdescie perpendiculairement A l'axe optique do cristal, et ils recollent avec de l'huile de lin dont l'indice est 1 ,485. Le champ est encore d'enriron 30", tandis que, A laideur égale, la hauteur du prisme n'est plus que 0,71 de celle du nicol ordinaire.

On peut aussi se servir pour polariseur d'un simple rhomboèdre de spath d'Islande. Si l'on fait tomber sur une des faces du rhomboèdre un petit faisceau de lumière parallèle limité latéralement, par son passage A travers un diaphragme circulaire très petit par exemple, ce bisceau se divisera, en traversant le cristal, en deux autres qni suivent des

■ AiM. J4dt.tl de ph., 1r t., T. 1.

chemins différents, et sont polarisés à angle droit. Si le rhomboèdre est assez épais pour que, en vertu de leur légère divergence mutuelle, les deux faisceaux soient complètement séparés à la sortie du cristal, il suffira d'arrêter par un écran Tun de ces faisceaux pour que l'autre donne de la lumière polarisée. Lorsque Técran est mobile, on peut à volonté se procurer de la lumière polarisée dans un plan ou dans un plan perpendiculaire.

Anaiyscars. — Lorsqu'on fait tomber de la lumière polarisée rectilignement sur un cristal, elle se partage en deux rayons dont les vibrations sont rectangulaires. La vibration incidente se partage, suivant les règles de la composition des petits mouvements, entre les vibra tions de ces deux rayons. Ces deux vibrations se propagent à peu près parallèlement dans Tintérieur du cristal, mais la vitesse de leur propagation est inégale et les deux vibrations, synchroniques à l'origine du temps, c'est-à-dire affectant en même temps l'origine des coordonnées, contractent l'une par rapport à l'autre un certain retard. Si le cristal n'est pas très épais, si c'est une simple lame cristalline, les deux rayons sont à peine séparés à l'émergence, les ondes planes qui correspondent à chacun d'eux se confondent à très peu près, et les vibrations qui leur correspondent peuvent être supposées se composer entre elles comme si elles étaient dans un même plan. On peut donc dire que les vibrations du faisceau émergent sont formées par la composition de deux vibrations rectangulaires, et par conséquent que lé faisceau émergent est polarisé elliptiquement au moins dans le cas général.

Mais on peut placer à la sortie du cristal un autre appareil à polariser la lumière, et qui, dans cette position particulière, prend le nom d'analyseur. La vibration rectiligne du faisceau unique que transmet l'analyseur est la projection des vibrations rectangulaires du faisceau qui émerge du cristal. On voit donc que la vibration de l'analyseur dépend à la fois des deux vibrations propagées par le cristal; elle dépend en particulier du retard relatif que l'inégalité de propagation a introduit entre ces deux vibrations. C'est dans ces conditions que se produisent les plus remarquables et les plus importants des phénomènes qui se rapportent à la biréfringence.

Les phénomènes différent suivant que le faisceau lumineux qui tombe sur la lame cristalline est formé par des rayons à peu près parallèles entre eux, ou par des rayons très divergents, c'est-à-dire, pour employer l'expression consacrée, suivant que la lumière est parallèle ou convergente.

Nous allons étudier d'abord les phénomènes dus à la lumière parallèle. Nous commencerons par dire queliiues mots des appareils qui servent à les observer. Ils comprennent tous un polariseur et un analyseur, cuire lesquels so place la lame cristallisée.

ltea«rlp(loN d« qMFtquM appareils — Appareil dr Korrciaberg. — BieroMtope polariaant. — L'appareil de Norrembei'g {(ig. ii). assez commode lorsqu'on n'a pas besoin d'un fort grossissement, em-

ploie comme polariseur une glace sans tain combinée avec un miroir plan. Le cristal est posé sur une plaque tournante, qui peimet de l'orienter dans tous les azimuts possibles. On peut substituer à la plaque une lame de verre tournant autour d'un aie horizontal, de manière k donner aussi au cristal des inclinaisons quelconques. L'analyseur est formé d'un spalh épais ou d'un nicol. Si l'on a un spath, un écran mobile sert à arrêter tantdt l'une, tantôt l'autre image; un écran empêche la lumière directe de frapper le cristal.

L'appareil dont on se sert le plus habituellement est un microscope ordinaire, sous te porte-objet duquel on place un prisme de Nicol, et

au-dessus de l'oculaii^e duquel est disposé, soit un autre nicol, soit un rhomboèdre de spath. Nous reviendrons plus tard sur la description détaillée du microscope polarisant.