CHAPITRE PREMIER
De la réfraction et de la dispersion de la lumière par les prismes.
H9. Avant de décrire les loupe^ et les microscopes en tant qu'instruments, il est de toute nécessité de rappeler en quelques mots les phénomènes que présentent les rayons lumineux en passant d'un
» ][et Mikroslwp. Utrecht, 1858, in-8. Das Mikroskop. Braunscliweig. 1807, 3 vol. in-8. 2° 6d.
RÉFRACTION DE lA LUMIÈRE PAR LES l'RISMES. 91 milieu clans un autre et on traversant tel ou tel de ces milieux ; car • la description de ces instruments olfligo de recourir incessamment - , à cet ordre de notions physiques. .... -
Le seul cas que nous ayons besoin de bien faire saisir ici est celui dans lequel un rayon de lumière passe obliquement d'un milieu transparent dans un autre milieu de nature différente. Ce rayon est alors dévié de sa direction première. Ce phénomène de la déviation est connu sous le nom de réfraction. Nous nous occuperons plus loin d'un autre phénomène qui accompagne toujours celui-ci et qui est connu sous le nom de dispersion.
120. On sait que, si on fait entrer obliquement un rayon solaire dans une chambre obscure, dans laquelle on a disposé une cuve pleins d'eau un peu opalisée, de manière que le rayon pénètre dans l'eau par la surface supérieure (fig. 19,-S.B), on aperçoifdistinctement l'inflexion (B A) produite brusquement à l'entrée (B). — Ce rayon lummeux se rapproche un peu de la perpendiculaire (CD) ;î la surface; si le fond de la cuve est en verre, le rayon continuera sa marche en se relevant et en reprenant une direction (AL) parallèle à celle qu'il avait avant d'être immergé. 11 s'écartera cette fois de la perpendiculaire (IF) à la face d'émergence.
Ce fait démontre que ces deux milieux sont de force réfringente différente ; — le plus réfringent est celui danslequel l'angle formé avec la perpendiculaire est plus petit que l'angle d'incidence produit par ^ le rayon (S) et la surface (B). Ainsi l'eau étant plus réfringente que l'air, l'angle A. B C sera plus petit que S B D ; au contraire, à la sortie, l'air étant moins réfringent que l'eau, le rayon s'éloignera de la perpendiculaire et l'angle L A F sera plus grand que son opposé BAI.
La connaissance des lois de la réfraction sert à expliquer différents phénomènes qu'il importe beaucoup au micrographe de con-
Vig. 19.
02 llÉrUlACTION DU |,A LUMIÈI4E l'AU LES PltlSMES.
naître et d'avoir toujours présents à l'esprit. La petite lame minr^ qui recouvre un objet microscopique, par exemple, se comporte pour les rayons émanants de l'objet comme le rayon dans la cuve d'eau, ainsi que nous le verrons plus tard. Le transport d.es images, si important à connaîlrc pour la correction des images produites par un objectif, est un phénomène de réfraction. On sait, du reste, que c'est à cela qu'est dû ce fait qu'une baguette plongée dans l'eau paraît brisée à la surface A (fig. 20); l'extrémité plongeant dans l'eau paraîtra relevée (A M). L'expérience est frappante surtout avec une pièce d'argent placée au fond de l'eau; l'œil voit en M'
sur le prolongement du faisceau A M' la pièce qui, placée en M, a produit son image par suite de la réfraction dans la direction A M. Les conditions qui . permettent de porter un jugement sur le lieu où se trouve l'objet , n'existent pour l'œil que sur le trajet et à la rencontre extérieure AA' des faisceaux qui ont produit l'image de cet objet sur la rétine. Il y a là déplacement et élévation; c'est ainsi qu'on voit toujours le fond d'un lac ou d'une rivière beaucoup moins profondément représenté qu'il n'est situé réellement (environ les 3/4 de là ÎDrofondeur). Le phénomène a une telle intensité que les objets paraîtront dans l'eau un peu plus petits que nature quand l'œil est placé perpendiculairement au-dessus de la surface du liquide ; l'œil ne recevant cependant que des rayons ayant pour obliquité l'angle formé par les deux pinceaux extrêmes rasant les bords de la pupille et se rencontrant sur l'objet, ils suffisent pour rendre manifeste l'influence de la réfrac- 1 tion (fig. 21); les rayons provenant de l'objet A produisent une image en A' par suite de leur inflexion en A A'. Ces remarques sur le transport de l'image s'apphqucnl directement au microscope; l'objet A est ici l'objet à examiner; la lame de verre'mince ou couvre-objet remplace la couche d'eau, et l'œil est lui-même remplacé par
Fig. 21.
DES IMAGES OlfTENUES PAR UËFHACTIOlN. 93
robjccLif, qui admet des rayons d'une obliquité souvent extrême. Nous verrons plus loin de- quelle importance estsCn micrographie l'étude de celte réfraction des rayons obliques.
121. Actuellement, nous allons examiner, afin d'arriver à d'autres applications , quelle forme a une image vue au travers d'un milieu tran-paront.
En examinant la figure 22, on conçoit que la déviation produite' est d'autant plus considérable, que l'obliquité du rayon sera plus grande; le rayon qui tombe perpendiculairement ne subit aucune
Fig. 22:
rétraction; les rayons voisins sont faiblement déviés , et à mesure qu'on s'éloigne de la perpendiculaire, la flexion devient plus graudc, jusqu'à ce qu'enfin le rayon n'entre plus dans l'air; c'est à ce point que commence ce qu'on a appelé la réflexion totale dont nous n'avons pas à nous occuper maintenant.
Soit ABC un objet situé dans un milieu transparent. L'eau, par exemple, en contact avec l'air par la surface K E, dans la figure 22 empruntée à l'Atlas d'optique descriptive de Engel et Schellbacb. (Berlin, in-fol. 1858. Les fig. 25 et 2(3 en sont également tirées.)
Tous les rayons émanants de A sont brisés à leur rencontre avec l'air d'autant plus fortement, qu'ils sont plus éloignés de la perpendiculaire ; ainsi le rayon  H sort normalement , tandis que le rayon AK est considérablement infléchi , et si on prolonge de nouveau dans l'eau la direction nouvelle qu'a prise ce rayon, il viendra rencontrer la perpendiculaire en nu point 0. Col angle
'ii DES IMAGESJOIJTENUES PAR UÈFUACTION,-
R 0 H rcprésenle l'angle de réfraction. — Tous les rayons prolongés comme celui-ci produiront, par leur intersection deux à deux, une courbe très-élégante, connue en optique sous le nom de caustique, et se terminant en pointe en A'; — A' étant la position nouvelle du point A relevé par le transport de 1/4 de la profondeur A II dans l'eau et de 1/3 dans le verre.
Examinons maintenant à quel endroit un œil placé en L sur le prolongement de K M verrait le point A. Cet œil recouvre un faisceau conique de rayons très-rapprocliés- les uns des autres, dont le sommet est en M sur la tangente à la caustique; c'est donc toujoui-s sur cette courbe que l'œil verra le point A placé au-dessus de 11 ; il le verrait en A', et, à mesure qu'il s'éloigne
vers L, ce point remonte sur la branche de la caustique D M A'. Si on construit une caustique pour chaque point de la flèche ABC, celte nèche rectiligne paraîtra à l'œil L comme une ligne courbé MNÛ(fig. 25).
Le point A étant vu en M, le point B qui a produit le rayon BP L transporte son image en N où le rayon L P N touche la caustique, enfui le point C paraîtra à l'œil en 0 où le rayon C Q réfracté vers Q L touche la caustique du point C. — La figure montre successive-
DU FOYEll DES LENTILLES. 9S
ment les formes que, siiivaiil ses positions, prend l'objet ABC observé de différents points de Tespace.
122. Du foyer des lentilles. De ces remarques sur la réfracliou, •nous pouvons déduire quelques faits concernant la* réfraction dans une lentille. Nous avons vu qu'un rayon de lumière entrant dans un milieu plus réfringent que l'air se rapproche de la normale à la surface. Supposons un corps prismatique (fig. 24) en verre A B G DEF recevant des rayons lumineux LL'. Ces rayons s'inllécliiront pour se rapprocher de la normale II'. Arrivés à la face A F et D E, ils seront brises de nouveau et continueront leurs routes en s'écartant de la normale à ces faces et par conséquent en se rapprochant l'un de l'autre, et ils iront se confondre en F. Maintenant nous pouvons, avec les géomètres, nous représenter une lentille limitée par dos portions de sphère comme foi^ée d'un polygone d'un nombie infmi de côtés ou surfaces, qui joueront chacun le rôle des faces A B, CD, etc^' et par conséquent réunissant toutes en un point unique les rayons qu'elles ont reçues; — ce point s'appelle le foiier.
Un foyer est, soit réel, soit imaginaire ou virluel. — Un foyer réel est le point par lequel passent réellement les rayons réunis par une lentille. — Un foyer imar/inaire, ou virtuel est le point par lequel passeraient tous les rayons si on prolongeait la direction qui leur est imprimée par une lentille. Soit par. exemple, une lentille concave (fig. 25).
Les rayons AA' venant de l'infini sont rendus divergents en BB'; SI on prolonge virtuellement ces rayons dans la direction B'Z", etc., leur rencontre avec Taxe de la lentille détermine le foyei^F.
i2ô. Aberration de sphéricité. Examinons maintenant plus allen-
ABE11UA.TI0N DE SI'llÉRICl I E.
livement ce qui se passe dans une lentille. Premièrement, les rayons rencontrant la surface de la lentille étant déviés proportionnellement à l'inclinaison des noi'males , les rayons centrante se réuniront plus loin que ceux des bords, de sorte que, au lieu de se réunir en un point unique, ils formeront une série de foyers placés les" uns derrière les autres, les plus rapproches correspondant à la zone de^. rayons marginaux. C'est ce qu'on a appelé l'aberration de sphéricité. Deuxièmement, ce rayon L, que nous faisons entrer dans la lentille élémentaire (flg. 24), ne sort pas tel qu'il est entré, en vertu d'une force propre a tous les milieux transparents, qu'on a appelée pouvoir dispersif. 11 sort de la face A F, élargi et décomposé. Si on recevait sur un écran ce ravon seul, on le verrait se peindre en une bande oblongue contenant les sept teintes connues en physique sous le nom de spectre solaire. Dans celui-ci, le violet est le plus rapproche de l'axo autrement le plus réfrangible, el le rouge, le plus eleve, et
par conséquent il rencontre l'axe plus loin. Dans une lentille o dilaire, chacun des rayons se trouve donc élargi en men- 1 mp due dévié. Dans la figure % on voit les rayons -^^«^ ^ ^J^^ former une nappe violette inlé, ieurc enveloppée par la nappe louge IZe par le/layons Dr, E Chaque faisceau —sur a surface, produit ainsi deux caustiques, s einbodan et se . ecou Znl Entre les ligues F G, F' G', tous les rayons lourn.s pa la Uefo rueront ce qu'on a appellé le cercle de .noindre dcv.at.n.
ACHROMATISME DKS LENTILLES. 97
C'est le point incolore des foyers. Au delà, un écran placé entre F et R donnera un cercle plus petit, plus lumineux, mais entouré d'un grand cci'cle faiblement éclairé et bordé de bleu. Les points Y et R indiquant les deux foyers violets et rouges exirèmes, si on couvre le centre de cette lentille par un disque de carton laissant libre un anneau marginal, une image distincte, mais faible et colorée, de l'objet sera produite en F G... le rouge étant en dehors. Si on diminue le diamètre de l'écran central et si on couvre par un anneau de carton les bords de la lentille, on obtiendra une nouvelle image située entre F' G' et Y, formée cette fois à une distance plus grande et gardant ses couleurs dans le même ordi^e. Enfin, si on augmente la largeur de Tanneau couvrant les bords et qu'on enlève le disque central, on aura nne image entre Y et R située encore plus loin. 11 résulte de cet examen que les portions centrales d'une lentille produiront des images assez rapprochées et assez peu dissemblables les unes des autres pour donner une représentation fidèle de l'objet, mais qu'il n'en est pas de même des bords qui produiront des images très-confuses sans réunion possible avec celles du centre (c'est là ce qui caractérise ce qu'on nomme aberration de sphéricité) et malheureusement la réunion des images des bords à celles du milieu est Indispensable pour obtenir des images vigoureuses.
On a indiqué plusieurs combinaisons pour corriger l'aberration de sphéricité ; nous ne nous y arrêterons pas ici. La lentille théoriquement représentée par la figure 27 est construite dans les meilleures conditions pour diminuer autant quepossible celte aberration, quant aux rayons sensiblement parallèles-. Le rapport des deux rayons de courbure est environ de 1 : 6, la surface de courbure la plus forte recevant les rayons parallèles.
124. Achromatisme. — Nous venons de voir la dispersion chj'omatique des rayons dans une lentille accompagner toujours l'aberration de sphéricité. Yoyons maintenant comment on a pu rémiir tous les rayons colorés en un même point et produire une- image sensiblement incolore otl achromatique.
Les verres employés en optique sont très-différents les Uns des autres. Los uns sont appelés croion-glass ' ; ils dispersent peu les rayons lummeux. Les autres, appelés /linl-glass\ dans lesquels entre
nninccT'î î'"f'\'"7'' couroiine, composé de 1 atome de quadrisilicate de potasse et 1 atome de quadrisilicate de chaux
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