POLARISATION ET DOUBLE RÉFRACTION

437. Direction des vibrations lumineuses.— Pour établir la théorie des phénomènes d'interférence et de diffraction, nous n'avons eu à faire qu'une seule hypothèse, à savoir, que la lumière est engendrée par les vibrations périodiques de l'éther. L'explication des phénomènes dont il va être question rend nécessaire une seconde hypothèse relative à la direction des vibrations, hypothèse qui, comme celle que nous venons de rappeler, est confirmée a posteriori par l'expérience. Nous admettrons que : les vibrations génératrices de la lumière sont perpendiculaires à la direction rectiligne suivant laquelle elles se propagent. Les phénomènes de polarisation seraient, en effet, incompréhensibles si les vibrations de l'éther s'effectuaient, comme celles des molécules matérielles caractéristiques du son, suivant leur direction rectiligne de propagation.

438. Lumière naturelle et lumière polarisée. — L'hypothèse précédente admise, on conçoit que la trajectoire d'une molécule d'élher en vibration puisse être rectiligne, circulaire ou elliptique, la droite, le cercle ou l'ellipse étant perpendiculaires à la ligne de propagation de la lumière. L'étude, plus complète que nous ne pouvons le faire ici, des phénomènes de polarisation montre qu'eu effet la trajectoire d'une molécule d'éther en vibration peut avoir, suivant les cas, l'une ou l'autre des formes cjue PQUS venons d'indiquer,

Lorsque les vibrations de l'éther s'effectuent suivant une droite, on conçoit, a priori, que la direction de la trajectoire rectiligne puisse ôlre fixe et invariable ou qu'elle change, au contraire, d'ua instant à l'instant suivant. En d'autres termes, soit un rayon lumineux perpendiculaire au plan de la figure 301 (pag. 780) qu'il rencontre en 0 ; on conçoit que la molécule d'éther qui se trouve en ce point eflectue constamment ses vibrations suivant une direction , fixe PP' ; miiis on conçoit aussi que ces vibrations puissent s'effec- | tuer tantôt suivant PP', tantôt suivant XX', SS', ou toute autre j direction rectiligne qui passe par 0. Or l'aspect que présentent les î phénomènes de polarisation, dans les diverses circonstances où il est possible de les observer, conduit à conclure que :

1° Dans la lumière dite naturelle, c'est-à-dire venue directe- i ment d'une source, la direction des vibrations, dont la trajectoire est d'ailleurs rectiligne , est continuellement variable après des ] intervalles de temps très courts ; '

2° Il est possible, par divers moyens dont quelques-uns seront indiqués ci-dessous, de rendre fixe et invariable la direction reiUiligne des vibrations lumineuses ; la lumière est alors dite polarisée reclillgnevient. Le plan déterminé par la ligne de propagation de la lumière et par la direction invariable des vibrations porte le nom de plan de vibration.

439. Procédés pour polariser rectilignement la lumière. — On peut, de diverses manières, transformer la lumière naturelle en lumière polarisée, c'est-à-dire rei.dre fixe et invariable le plan des vibrations. éi

Polarisation par réflexion et par réfraction simple. — On sait ■ que lorsque la lumière rencontre la surface de séparation de deux milieux transparents isotropes, elle se divise en deux parties, l'une qui est réfléchie, l'autre qui est réfractée. Or, dans la lumière réfléchie, les vibrations s'effectuent désormais suivant une direction perpendiculaire au plan d'incidence, tandis que, dans la lumière réfractée, les vibrations s'effectuent dans ce môme plan. Les deux faisceaux de lumière réfléchi et réfracté sont donc respectivement polarisés dans des plans perpendiculaires entre eux.

A la vérité, la polarisation n'est complète ni dans la partie réfléchie, ni dans la partie réfractée de la lumière; en d'autres termes, les lumières réfléchie et réfractée peuvent être regardées comme

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îonstituées par une certaine proportion de lumière naturelle (vibraions s'effectuant dans des azimuts variables) et une cerlaine pro- )orlion de lumière polarisée (vibrations s'effectuant dans un izimut invariable),

La proportion de la lumière polarisée est d'autant plus grande jue l'angle d'incidence est plus voisin d'une valeur déterminée, /ariable avec la nature de la substance rpflécbissanle, et à laquelle )ii a donné le nom d'angle de polarisation. Cet angle est de 54° 35' lourle verre, de 52° 45' pour l'eau, etc.

Il existe entre l'angle de polarisation « et l'indice de réfraction i d'une même substance la relation

tg<x=^n.

440. Polarisation par double réfraction. — La pcdarisaion de la lumière naturelle est complète lorsqu'elle est obtenue lar double réfraction.

Double réfraction. — Au point de vue des phénomènes de la éfraction, il y a lieu de distinguer trois classes de corps.

A la première classe appartiennent les corps, dits isotropes, qui mentent la môme constitution physique suivant les diverses irections et les corps cristallisés dans le système cubique; les uns it les autres ne donnent naissance qu'à un seul rayon réfracté dont 1 direction est réglée par les lois rappelées au paragraphe 252 mg. 473).

, La deuxième classe comprend les corps qui cristallisent dans le ystème du rhomboèdre et du prisme droit à base carrée ; ces ristaux, qui ont un axe de symétrie, dédoublent le rayon incident n deux rayons réfractés distincts, dont un seul suit les lois de la Efraction simple.

Les corps de la troisième classe sont ceux qui cristallisent dans u système autre que ceux dont il vient d'être question ; ces corps ûssèdent la double réfraction, mais les lois du phénomène sont utrômement complexes.

Il ne sera question ici que de la double réfraction à travers les îrps de la seconde classe.

Le spath d'Islande ou carbonate de chaux, très pur et cristallisé, J prête fort bien, à cause de sa transparence parfaite et de la grosiur des échantillons que l'on trouve dans la nature, à l'étude des léDomènes de double réfraction. Les cristaux de spath ont la

Fig. 300. — Cristal de spath d'Islande.

forme rhomboédrique ; ce sont des solides limités par six faces planes losangiques (iig. 300), parallèles entre elles deux à deux; ils présentent 12 arêtes et 8 sommets. Parmi ces derniers, il en est deux,

D, D' opposés l'uo à l'autre, qui sont formés cbacuri par la réunion de troij angles plans ohlus égaux entre eux; les autres sommets du cristal résullenH§!' de la réunion d'un angle obtus av deux angles aigus. La ligne AB, q joint les deux sommets D,D', por le nom à^axe crislallographir/uc A cristal ; un cristal de dimensions fm pouvant d'ailleurs être considér comme constitué par une infinité d petits cristaux qui présentent môme forme et môme orientation que lui toute droite parallèle à l'axe cristallo graphique jouira des mômes propriétés que cet axe ; chacune d ces parallèles est appelée axe optique du cristal.

Si l'on reçoit sur un cristal de spath un rayon lumineux, c! rayon se bifurque généralement en pénétrant dans le cristal el à un seul rayon incident correspondent deux rayons émergents,, La direction de ces rayons varie du reste suivant la direction d' rayon incident par rapport au cristal. L'un des rayons réfract obéit d'ailleurs aux lois ordinaires de la réfraction ; il est eu e" constamment situé dans le plan d'incidence et fait avec la normale au point d'incidence un angle dont la valeur est liée à celle d l'angle d'incidence par laloi des sinus. Ce rayon est dit ordinaires L'autre rayon, ^'çi^oXé extraordinaire, ne suit généralement aucun des lois de Descartes; il n'est pas généralement dans le plan d'incidence, et l'angle qu'il fait avec la normale au point d'incidence n'est pas lié à l'angle d'incidence par une loi simple. Il existepourtant certaines'positions du cristal pour lesquelles le rayorj^;; extraordinaire suit la première loi élémentaire de la réfraction : c'est lorsque le plan d'incidence coïncide avec \xx\q section princiçak du cristal. On désigne ainsi toute section contenant l'axe optiqu'i et une normale à l'une des faces du cristal, que celtç face 80i< paîurelle ou qu'elle ait élé taillée ai'liiicjeUemoiU.