DE LA RÉFRACTION CONSIDÉRÉE COMME MOYEN DE POLARISER

On a cru pendant quelque temps que les rayons lumî-

ux ne se polarisaient, à la rencontre des corps dia-

anes, que dans Pacte de la réflexion, et que le faisceau

fracté conservait toujours les propriétés de la lumière

dinaire; mais on s'était trompé. Il est bien vrai que la

Dple transmission à travers une ou même deux surfaces

t tous les corps connus ne sufiit pas pour polariser com-

itemeut un faisceau de lumière; mais sous certaines

cidences, il en résulte du moins une polarisation par-

41e, car en examinant, avec un cristal doué de la

Hible réfraction, les rayons transmis obliquement par

ï verre à faces parallèles , on trouve que les deux

;es diffèrent sensiblement d'intensité.

[Soient A' la partie du faisceau transmis qui est polarisée;

la portion du même faisceau qui n'a pas reçu cette

||dification ; A et B les portions analogues du faisceau

lAéchi sous la même incidence.

pMous avons déjà dit que A est polarisé comme le

Ihiit le rayon ordinaire provenant d'un cristal dont la vu.— IV. 21

3tâ NOTICE SUR LA POLARISATION

section principale coïnciderait avec le plan de réfle: les pôles de A' au contraire seront placés comme du rayon extraordinaire du même cristal. Si on au avec un rhomboïde la lumière réfléchie sur une lar verre, on trouve, par exemple, que, dans une cei orientation de la section principale, l'image de droi la plus brillante ; les positions relatives du cristal, lame et de l'œil, n*ayant pas varié, ce sera l'i opposée, celle de gauche, qui aura le plus d'éclat ( on examinera la lumière transmise. Tous ces rés sont renfermés dans cet énoncé :

Le plan qui contient les pôles de la lumière réf est perpendiculaire au plan qui contient les pôles lumière réfléchie. Ces deux espèces de lumière sont polarisées à angles droits.

Si l'on soumet de la lumière réfléchie A -|- B à 1' d'un cristal de carbonate de chaux dont la section cipale coïncide avec le plan de réflexion, les faisceaux ordinaire et extraordinaire auront respe ment pour intensités :

A + JB et iB.

Dans la même position du miroir et du crista intensités des images fournies par le faisceau tra seront :

iB' et A' + -;b'.

A sera donc la quantité dont l'image ordinaire di par le faisceau réfléchi surpasse l'image extraordii A% au contraire, quand on examinera le faisceau tran

rimera la quantité dont Timage ordinaire sera surlée par l'image extraordinaire.

B vais maintenant rapporter une expérience qui conà un résultat remarquable, savoir : que sous toutes nclinaisons A=A^ ou, en d'autres termes, que les isités des deux images données par le cristal diffèrent i même quantité, soit que Ton regarde le faisceau chi ou le faisceau transmis.

ipposons qu'une lame de verre ED soit placée dans )sition que la figure 8 représente , devant un milieu

Pi^. 8. — Gompaniioii de la himikie réfléefaie et de la Inmière tnimniie.

Tune nuance uniforme, devant une feuille de beau ir par exemple; F œil en 0 recevra simultanément yon lO réfléchi en I et le rayon BIO transmis au e point. Placez en mn un diaphragme opaque et i percé d'une petite ouverture S. Enfin armez l'œil 0 cristal G doué de la double réfraction et qui donnera : images de l'ouverture S.

i avec un petit écran placé entre B et I on arrête le Ml BI qui aurait été transmis, le cristal G, convenanent disposé, donnera :

Zîi NOTICE SUR LA POLARISATION

Une image ordinaire A + ^B,

Une image extraordin^re 4 B.

Si récran interposé entre A et I avait empêché I rayon Al d'atteindre le miroir, on aurait vu deux imagi de l'ouverture, et leurs intensités eussent été :

Image ordinaire î B',

Image extraordinaire A' + î B*.

Conséquemment, si en ôtant tout écran on laisse arriv simultanément à l'œil le rayon réfléchi AIO et le ray transmis BIO, on aura :

Image ordinaire A + ? B + ^ B',

Image extraordinaire t B + A' + j B'.

L'expérience montre alors que ces deux images s( parfaitement égales, quel que soit l'angle formé par rayon AI avec la lame de verre, ce qui ne peut ê évidemment qu'autant que A est toujours égal à . donc :

La quantité de lumihre polarisée renfermée dans faisceau que transmet un plan diaphane est exactem égale à la quantité de lumière polarisée à angles dn qui se trouve dans le faisceau réfléchi par le même pk

11 résulte de là que, sous l'angle où la réflexion polar complètement la lumière, les deux images du faisce transmis données par un cristal convenablement pla« différeront d'intensité d'une quantité égale à la total du faisceau réfléchi, et que si jamais on découvre corps qui , dans cet angle, réfléchisse la moitié de lumît'^ro incidente, le faisceau transmis sous la Xùè inclinaison sera aussi complètement polarisé.

Pour simplifier, j'ai supposé, dans tout ce qui précède, u'il n'y avait en ED qu'une seule surface vitreuse. Je ^''écarterais trop de mon sujet, si je montrais ici de ■die manière on peut réaliser cette abstraction ; aussi te bomerai-je à dire que les expériences rapportées ^iississent également quand on place en ËD un miroir 3 verre à faces parallèles, ce qui entraîne la conséidence que la seconde surface polarise aussi des quantités gales de lumière par réflexion et par réfraction. J'ajousrai enfin, pour dissiper tous les doutes sur l'exactitude 3 c^s résultats, qu'ayant fait tomber simultanément, et ■r deux espaces contigus d'un miroir de verre à une ou 3UX faces réfléchissantes de la lumière naturelle et de & lumière qui, ayant traversé un rhomboïde de carbonate e chaux, était formée de deux faisceaux également ktenses polarisés à angles droits, on a trouvé dans les 3UX cas que la lumière réfléchie contenait la même uantité de rayons polarisés. Or, le miroir réfléchissant exerce aucune action particulière sur les deux faisceaux ant se compose la lumière venant du rhomboïde ; seument elle les tamise inégalement. Si le faisceau réfléchi Hiferme un excès de rayons polarisés dans un sens, il se <ouvera un excès précisément égal de rayons polarisés à agles droits dans le faisceau transmis. Dans ce cas, la d énoncée est de vérité nécessaire. Pour être autorisé l'étendre ensuite à la Imnière naturelle, il sufiit de <tre assuré, ainsi que nous l'avons fait, que celle-ci se importe dans l'acte de la réflexion et dans celui de la ^fraction, comme la réunion de deux faisceaux de même àtensité polarisés à angles droits.

Un des meilleurs moyens de vérifier Texactitude du lois physiques e^t de rechercher ce qu'elles deviennei dans des cas extrêmes. La loi précédente, en la soppocut générale, conduit, par exemple, à cette conséquen» que là où il n'y a pas de transmission de lumière, il N peut point y avoir de polarisation : faites tomber, effet, un pinceau lumineux sur la face intérieure tf prisme, dans Tangle de la réflexion complète, et voa trouverez aucune trace de polarisation dans le fj réfléchi, quoique, sous des incidences peu éloignées celle-là, une partie notable de la lumière et même totalité fussent polarisées.

Représentons par A la partie du faisceau I qd polarise par réflexion dans Tangle de 85" sur les faces d'un miroir de verre parallèle. Le faisceau sera I — A ; or, dans cette quantité de lumière, d' la loi énoncée précédemment, il se trouve A rayons le plan de polarisation est perpendiculaire à celui rayons réfléchis. La quantité I — A peut donc se d poser en I — 2 A de lumière naturelle et en -|-A rayons polarisés par réfraction. Faisons I — 2A Si le pinceau F + A tombe sur un second miroir, lèle au premier, et conséquemment sous Tangle de A échappera tout entier à la réflexion partielle et, traction faite de l'absorption , se trouvera en dans le faisceau transmis par ce second miroir; ï tamisé comme I l'avait été d'abord ; un portion A' se polarisera par réflexion ; la portion restante V — A', contiendra une quantité A' de rayons pol par réfraction, de sorte qu'au total, à la sortie du

îroir, on aura I'— 2A' de lumière naturelle, et A + A' ^ rayons polarisés par réfraction. Faisons F — 2 A'=I''; tte lumière F'-f AH- A' fournira dans son passage au avers d'un troisième miroir parallèle aux précédents, 16 nouvelle quantité h!' de lumière polarisée par réaiction, qui s'ajoutera à A + A', et ainsi de suite. Xes pinceaux I, F, I", etc., étant de la lumière natulle, se polariseront par proportions égales à la rencontre i premier, du second, du troisième miroir, etc. Les pports y, ^', Y' y ^^^^ » auront constamment les mêmes leurs; si par exemple \ du faisceau I se polarise par Qexion à la rencontre du premier miroir, -J de F se larisera sur le second, \ de F' sur le troisième et ainsi suite, et les faisceaux transmis par ces mêmes miroirs ifermeront respectivement, en lumière naturelle ou lissant des mêmes propriétés, ^ del, ^ de F, ^ deF^ etc. me, quel que soit le nombre des plaques superposées, faisceau définitivement transmis contiendra, mathéitiquement parlant, une certaine quantité de lumière turelle; mais cette quantité s'affaiblira rapidement et ira par être tout à fait insensible.

On peut dire, en ce sens, qu'une pile de plaques rallèles polarise la lumière qui la traverse perpendicurement au plan dans lequel les rayons se seraient larisés par réflexion sur les mêmes plaques. J'ai supposé dans ce qui précède que la lumière incinte rencontrait la plaque de verre sous l'angle où elle polarise complètement par réflexion ; mais on obtient même résultat quelle que soit l'inclinaison ; seulement taut composer la pile d'un nombre d'éléments d'autant

32g NOTICE SUR LA POLARISATION

plus grand que les rayons la traversent dans une directum ' plus voisine de la perpendiculaire à ses faces.

Sous une inclinaison déterminée le nombre des plaques ^ nécessaires pour produire par transmission une polarisa- ^ tion à peu près complète d'une lumière donnée, dépend aussi de leur force réfléchissante : j'ai déjà fait remarquer, f par exemple, qu'une lame qui, sous l'angle de la polari- sation, réfléchirait la moitié de la lumière incidente, composerait une pile à elle seule. Certains corps naturels, l'agate, par exemple, modifient la lumière qui les tra- ■ verse, précisément comme le ferait une pile de plaques.

Si l'on taille une lame d'agate sufiisamment épaisse, perpendiculairement aux couches dont elle est formée, la lumière, en la traversant , se polarise dans le sens de ces lames. Une semblable propriété existe aussi dans la tourmaline, et ici elle est d'autant plus singulière, qu'on ne découvre dans ce minéral , quand il est pur, aucune apparence de couches superposées. Si l'on polit les deux côtés opposés d'une aiguille de tourmaline, de manière h en former une lame à faces parallèles d'environ un millimètre d'épaisseur, la lumière transmise à travers ces faces, quelle que soit son incidence, sera polarisée dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'aiguille.

Avant de terminer ce chapitre, je dois encore faire connaître les phénomènes que les piles présentent quand on les expose à des rayons préalablement polarisés. J'admettrai que la pile est formée de lames de verre parallèles, et en outre, pour rendre le phénomène manifeste, que l'angle d'incidence sur la première lame, compté à partir de sa surface, est d'environ 35^

Si le plan primitif de polarisation du rayon incident coïncide avec le plan mené par ce rayon et la perpendiculaire à la première lame au point d'incidence, une partie de ce rayon, plus considérable que si l'on employait de la lumière naturelle, sera réfléchie ; à la rencontre de la seconde lame, le faisceau lumineux que la première avait laissé passer éprouvera une réflexion proportionnellement égale à la précédente ; le même effet aura lieu sur la troisième lame, et ainsi de suite. Le rayon transmis, quelque intense qu'il puisse être primitivement, s'affaiblissant de cette manière en progression géométrique, flnit bientôt par ne plus être sensible ; la pile, examinée par l'extrémité opposée à celle d'où vient la lumière, paraît être un corps opaque ; aucun rayon ne la traverse.

Tout restant dans le même état, faisons seulement tourner la pile autour du rayon d'un angle de 90'' : le Douveau plan de réflexion sera perpendiculaire à l'ancien, et la lame aura atteint cette position dont nous avons précédemment parlé et dans laquelle toute vertu réfléchissante se trouve éteinte ; la totalité de la lumière la traversera. Mais la seconde, la troisième, la quatrième, etc. , lames, parallèles à la première, se trouvent toutes dans les mêmes circonstances, jouissent des mêmes propriétés, et elles ne réflécliiront pas davantage les rayons. Abstraction faite de l'absorption, l'appareil transmet actuellement la lumière incidente sans s'afl'aiblir. La pile de plaques jouit donc, à l'égard de la lumière polarisée , de la singulière propriété d'être ou complètement opaque ou tout à fait diaphane, suivant qu'elle se présente à cette lumière par Vun ou par l'autre de ses côtés , et quoique dans les deux

épreuves, l'angle d'incidence, sur le premier élément de la pile, soit toujours de 35*. Dans les positions intermédiaires, la quantité de lumière transmise augmente graduellement en allant de la position où rien ne passe à celle où tout l'affaiblissement de cette lumière provient de l'absorption.

Les tourmalines et les agates, qui semblent être de véritables piles, doivent produire des phénomènes analogues; et, en effet, une lame taillée parallèlement à l'axe d'une aiguille de tourmaline , par exemple , transmet les rayons qui sont polarisés dans un plan perpendiculaire à cet axe, et arrête au contraire en totalité les rayons dont le plan primitif de polarisation est parallèle au même axe. Quand on place une telle lame entre l'œil et un miroir réfléchissant d'eau, de verre, etc., situé en plein air, et qu'on regarde le miroir sous l'angle de la polarisation complète, il paraît très -éclairé, tout à fait obscur, ou dans des états intermédiaires suivant la position de la lame dans son propre plan. Une circonstance qui ajoute ici à la singularité de l'expérience, c'est qu'elle réussit parfaitement , quoique l'incidence sur la lame soit perpendiculaire, tandis qu'en employant une pile proprement dite, à moins de la composer d'un nombre prodigieux d'éléments, il était nécessaire que l'angle d'incidence compté à partir de la normale eût une valeur trèssensible.

Quoi qu'il en soit de l'explication qu'on veuille donner de ces phénomènes, il résulte évidemment de ce qui précède que deux lames de tourmaline superposées de manière que leurs axes soient croisés à angles droits,

>rment un système complètement opaque relativement à >ute espèce de lumière. On voit, par exemple, que si ette lumière est naturelle, la première plaque polarisera L portion qu'elle transmettra dans le sens de l'axe, et la Bconde, située dans une direction rectangulaire, l'arrêtera es lors en totalité.