DIRECTION DES VIBRATIONS DE L*ÉTHER

polarisation ont été observés par Huyghens dans les faisceaux réfractés par le spath d'Islande. Il reconnut que, -si Ton reçoit l'un de ces faisceaux sur un second spath, il se bifurque ; et si Ton fait tourner le cristal sur lui-même, les faisceaux ordinaire et extraordinaire obtenus changent graduellement d'intensité, le premier prenant un maximum d'éclat quand le second disparaît complètement, et réciproquement. Ces faits, que nous étudierons en détail, prouvent que les faisceaux qui ont traversé le premier spath ont contracté des propriétés nouvelles qui les rendent plus ou moins transmissibles à travers le second, suivant la manière dont sa section principale est orientée par rapport à deux arêtes opposées du faisceau. Pour expliquer ce phénomène, Newton supposa que les particules lumineuses possèdent des pâles opposés jouissant de propriétés différentes. Ces p6les sont tournés de toutes les manières dans les particules d'un rayon de lumière naturelle; mais quand le rayon est polariié^ toutes les particules ont le même pôle tourné du même côté, dans une direction perpendiculaire au rayon.

Le fait de polarisation de la lumière dans la double réfraction n'offrait qu'un intérêt restreint, parce qu'il était isolé, lorsque, en 4808, Malus découvrit que la rétlexion imprime aux rayons lumineux toutes les propriétés qui constituent la polarisation. Ayant regardé par hasard à travers un spath d'Islande, l'image du soleil couchant réfléchie par les vitres du palais du Luxembourg, il remarqua qu'en faisant tourner le prisme, ces images changeaient d'intensité; l'une s'affaiblissait pendant que l'autre augmentait d'éclat. Les rayons réfléchis étaient donc polarisés. Plus tard , Malus , Biot et M. Brewster, chacun de leur côté, découvrirent que la réfraction simple peut aussi polariser la lumière. Malus expliqua ces phénomènes, au moyen de l'hypoUièse de Newton, et créa le mot de polarisation, qui découle de l'explication qu'il adoptait. On reconnut alors que la polarisation est un phénomène général, que la lumière polarisée est beaucoup plus commune que celle qui ne Test pas, et, à partir de cette époque mémorable dans l'histoire des sciences, les découvertes se succédèrent avec rapidité entre les mains des Arago, des Biot, desBrewster.... Une nouvelle branche d'optique fut créée, et Fresnel put établir sur des bases solides cette magnifique théorie de la polarisation et de la double réfraction, à laquelle les géomètres ont apporté le secours de leurs savants calculs, et que les découvertes dont l'optique s'enrichit chaque jour ne font que confirmer.

n. EzpUMtiM de la polariiAtleii, dani le fyitèae dee endnlelieiii.

SS89. L'existence de rayons possédant des propriétés différentes sur leurs divers côtés, paraissait à Newton une objection décisive contre le système des ondulations , « car, disait- il, des pressions ou des mouvements propagés d'un corps lumineux, doivent être égaux de tous côtés : au lieu qu'il paraît.

494 POLARISATION RECTIU6NE.

par les expériences faites sur deux cristaux, que les différents côtés des rayons de lumière n*ontpas les mêmes propriétés; » et Huyghens fut forcé de convenir de Timpuissance où il était de rendre compte de ce fait dans le système des ondulations. C'est qu'alors on ne concevait pas, dans Téther, d'autre mode de vibration que celui dans lequel les mouvements sont dirigés suivant la ligne de propagation ; mais depuis, des expériences concluantes, et les progrès de la mécanique analytique, ont conduit à admettre des mouvements vibratoires perpendiculaires à cette ligne. Alors tout devient simple, et la polarisation découle naturellement de l'existence des ondes lumineuses. U» rayon naturel est un rayon dans lequel les mouvements vibratoires se font dans la surface de l'onde, successivement dans toutes les directions ; et un rayon polarisé est celai dans lequel ces vibrations se succèdent toutes dans un seul et même plan, d'où dépend la position du plan de polarisation. Tel est le point de départ de la théorie de Fresnel.

On voit qu'il faut commencer par prouver que les vibrations de l'éther se font parallèlement à la surface de l'onde. Déjà, dès 1612, R. Hooke énonçait ce principe comme une simple hypothèse, et sans y être conduit par les phénomènes de la polarisation. Fresnel y a été conduit par l'examen des faits, par ce qui se passe quand un rayon polarisé traverse un cristal à un axe. Il résulte d'une loi de Malus, que nous exposerons plus loin, que les vitesses de vibration des particules d'éther dans le rayon ordinaire, sont proportionnelles à cos a, et dans le rayon extraordinaire, à ^n « , a étant l'angle du plan de polarisation avec la section principale du cristal. La vitesse de vibration du rayon incident semble donc se décomposer en deux autres, suivant la règle du paraUélogramme, comme si chaque vitesse d'oscillation, supposée perpendiculaire au rayon, se décomposait en deux autres, l'une dans la section principale, Taiitre perpendiculaire à ce plan ; ce qui conduit à supposer que les mouvements oscillatoires se font transversalement au rayon. Voici les expériences par lesquelles Fresnel et Arago ont cherché à prouver cette loi.

S340. Les iribratlons de l'éther sont transirersaiea an rmjmm, — Si les vibrations de l'éther s'accomplissaient longitudinalement, comme celles de l'air dans le phénomène du son, les interférences devraient avoir lieu, quelles que fussent les lames minces interposées dans le trajet des rayons qui interfèrent. Si, au contraire, les vibrations sont perpendiculaires au rayon, et si des lames interposées dirigent dans le même plan toutes celles d'un même rayon, il faudra, pour qu'il y ait destruction des mouvements ondulatoires, que ces mouvements aient lieu dans le même plan pour les deux rayons ; car s'ils s'accomplissaient dans des plans inclinés l'un sur l'autre, ils produiraient en chaque point du rayon une résultante, donnée par la règle du parallélogramme des vitesses, et qui ne pourrait jamais être nulle. Deux rayons polarisés dans des plans différents ne devront donc pas donner d'obscurité complète par interférence ; et quand ces plans seront perpendiculaires l'un à l'autre, ils ne

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pourront pas môme donner ces inégalités d'intensité qui forment les franges d'interférence. C'est, en effet, ce qui a été constaté par Frcsnel et Arago.

Lors de ses essais sur les mesures des indices de réfraction par les interférences (2236), Arago eut l'idée de chercher quelle serait l'influence que pourrait avoir sur les résultats, l'état de polarisation des rayons, et il se mit aussitôt à l'œuvre avec Fresnel. Ils reconnurent d'abord facilement, que l'expérience des franges dans l'ombre d'un corps étroit, réussit très bien en employant de la lumière polarisée dans le même plan. Ils essayèrent ensuite les deux faisceaux ordinaire et extraordinaire sortant d'un spath d'Islande placé devant le focus fourni par une lentille. L'expérience prouve que ces deux faisceaux sont polarisés dans des plans perpendiculaires entre eux. Les ayant séparés par l'écran étroit, ils n'obtinrent aucune frange dans l'ombre géométrique. Comme on pourrait attribuer ce résultat négatif à l'inégalité de vitesse des deux faisceaux dans le spalh, Fresnel et Arago ont employé d'autres méthodes parmi lesquelles nous citerons les suivantes ' :

io On répète l'expérience d'Young (2221), en polarisant la lumière qui passe par les fentes. Si les deux faisceaux sont polarisés dans le même plan, on obtient des franges comme avec la lumière naturelle ; s'ils sont polarisés dans des plans perpendiculaires, les franges disparaissent. Pour se procurer des rayons polarisés, on recouvre les fentes, de deux fragments pris dans une même lame de tourmaline parallèle à l'axe, lame qui polarise la lumière dans un plan perpendiculaire à cet axe. Si les deux fragments ont leurs axes parallèles, il y a interférence ; et si ces axes sont perpendiculaires, les franges disparaissent. Dans les positions intermédiaires, les franges se manifestent, mais d'autant plus faibles que les plans de polarisation sont plus près d'être perpendiculaires l'un à l'autre.

Au lieu de tourmalines, on peut employer deux petites piles de glaces égales (2336), formées de feuilles de mica. Si on les incline suffisamment au-dessus des fentes, la lumière qui les traverse est presque entièrement polarisée dans un plan normal au plan d'incidence ; et les franges disparaissent quand les deux plans d'incidence sont perpendiculaires.

2« On applique sur les deux fentes, deux fragments d'une même lame de sulfate de chaux ou de cristal de roche parallèle à l'axe. Chaque lame donne un rayon ordinaire et un rayon extraordinaire, polarisés dans des plans perpendiculaires. Si les axes des deux fragments sont parallèles, les rayons ordinaires des deux lames donnent des franges, comme la lumière naturelle ; il en est de même des rayons extraordinaires, et ces deux systèmes de franges se superposent. Si l'on fait tourner peu à peu l'une des lames, on voit ces franges s'affaiblir et disparaître, pour être remplacées par de la lumière uniforme quand les axes sont perpendiculaires. En même temps, on voit apparaître

< AnnaUt de chimie et de physique, 2^ série, t. X, p. 290.

496 POLARISATION REGTILMMB.

latéralement d'autres systèmes de franges, qui sont le résultat de la combinaisoift des rayons ordinaires venant d*ane des fentes, avec les rayons extraordinaires venant de l'autre, et elles sont transportées latéralement, à cause de la diffirence de vitesse de ces rayons dans le cristal. Taat que les axes des deux lames restent parallèles, les rayons ordinaire de Tune et extraordinaire de l'autre se trouvent polarisés dans des plans perpendiculaires, et les franges latérales ne se forment pas. Mais quand on incline les axes des deux lames, ces franges apparaissent, de plus en plus brillantes, et prennent leur maximum d*éc)at quand ces axes sont perpendiculaires. — Comme le sulfate de chanx et le cristal de roche sont positifs, le rayon extraordinaire possède la vitesse la plus petite ; les franges d'un côté sont donc produites par le rayon extraordinaire de la lame qui est du même c6té, avec le rayon ordinaire venant de la lame

3^ On partage en deux une plaque de spath d'Islande, et l'on pose les deux fragments l'un sur l'autre, de manière que les rayons partis d'un point lumineux les traversent successivement. La première plaque donne deux faisceaux qui se bifurquent, en général, dans la seconde, en formant ainsi quatre faisceaux. Mais si les deux plaques ont leur section principale perpendiculaire Tune à l'autre, il n'y a plus que deux faisceaux ; le faisceau ordinaire produit par Y extraordinaire de la première plaque, et le faisceau extraordinaire provenant du faisceau ordinaire de cette première plaque. Ces rayons, en sortant des deux plaques, auront donc éprouvé les mêmes changements de vitesse, et se trouveront dans le même cas que s'ils avaient traversé une même phqoe homogène ; ils devraient donc former des franges, si les vibrations de l'èlher étaient longitudinales. Or, on n'obtient pas de franges ; c'est que les deux faisceaux sont polarisés à angle droit.

Dans l'expérience des miroirs de Fresnel, les rayons sont polarisés par réflexion dans le même plan ; et dans celle d'Young, ces rayons étant foonns par une même source, ont à chaque instant leurs ondulations transversales parallèles, de manière à pouvoir interférer.

S34f . Les moBveaieBta iribratelres sont perj^Bdiealalres »■ pis» de peiarisattoB. — • 11 résulte des expériences qui précèdent' que les vibrations de l'éther sont parallèles & la surface de l'onde, et que, dans un rayon polarisé, elles s'accomplissent pour la plupart dans un même pian passant par ce rayon. Ce plan se nomme le plan du rayon ; il doit évidemment avoir une position déterminée par rapport au plan de polaritalion. Il est facile de voir que ces deux plans sont perpendiculaires l'un à l'autre, c'est-à-dire que les vibrations ont lieu perpendiculairement au plan de polarisation. En effet, l'expérience prouve que le rayon orditiaire sortant d'un cristal à un axe, est polarisé dans la section principale. Or, ce rayon ayant une vitesse constante dans toutes les directions, puisqu'il suit les lois de Descartes, les vibrations de l'éther doivent y avoir une direction constante par rapport à l'axe du cristal ; et comme elles sont perpendiculaires au rayon, quel que soit l'angle qu'il fait