APPLICATIONS POLARISCOPIQUES DE LA POLARISATION CHROMATIQUE

l207. Polariscopes à teintes pintes d'Arago et delTI. Pétrina. — Arago, presque immédiatement après la découverte des phénomènes de la polarisation chroma lique. songea à en tirer parti pour reconnaître la présence de la lumière polarisée. Le polariscope d'Arago se compose d'une plaque mince de mica ou de sulfate de chaux disposée en avant d'un analyseur. La lame et l'analyseur sont assujettis dans un tube, et en avant de la lame se trouvent deux diaphragmes qui ne laissent passer qu'un faisceau lumineux cylindrique. Pour peu que la lumière qui tombe sur la lame soit polarisée, les deux images de l'analyseur se colorent de teintes complémentaires, et en faisant tourner l'analyseur on peut trouver la position pour laquelle les colorations présentent leur maximum d'in- (ensité.

M. Pétrina a imaginé un appareil désigné sous le nom de kaléidopolariscope ''* et qui se compose d'un kaléidoscope dans lequel on place des fragments de gypse ou de mica d'épaisseurs différentes. On regarde dans ce kaléidoscope à travers un analyseur, et, si la lumière incidente est polarisée, les lames cristallines prennent des teintes variées. Le contraste des teintes que présentent les différentes lames rend cet instrument plus sensible que le polariscope ordinaire.

'208. Compensateur à franges colorées de ITI. Babinet.

— Le compensateur de M. Babinet permet de reconnaître la présence de la lumière polarisée par la production de franges colorées qui apparaissent même lorsque les rayons sont parallèles. Cet instrument est beaucoup plus sensible que les polariscopes à teintes plates dont nous venons de parler. 11 se compose de deux prismes droits égaux, taillés dans un cristal de quartz; ces prismes ont pour base deux triangles rectangles frès-allongés ABC et BCD (fig. là), et

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sont accolés par leurs faces nvpoténuses, de manière à constituer un prisme droit à base rectangulaire. Les faces latérales du prisme

qui passent par AB et par CD contiennent l'axe, mais dans la première AB est parallèle à l'axe, tandis cpie dans la seconde CD est perpendiculaire à l'axe; d'où il résulte que, par rap|>ort aux rayons qui tondîent sur la face AB, les sections principales des deux prismes triangulaires dont se compose le compensateur sont rectangulaires. Si donc on fait arriver sur '''S- '^- la face AB un ravon polarisé, ce rayon

se décompose en deux ravons dont chacun traverse l'un des prismes triangulaires à l'état de ravon ordinaire, et l'autre à l'état de rayon extraordinaire.

Un rayon tel que MN, qui tcmbe au milieu du compensateur, traverse les deux prismes triangulaires sous des épaisseurs égales; par suite, chacun des rayons dans lesquels il se décompose parcourt des chemins égaux à l'état de rayon ordinaire et à l'état de rayon extraordinaire, d'où il résulte que la polarisation du rayon MN n'est pas altérée par son passage à travers le compensateur. Mais il n'en est plus de même pour les ravons qui tombent de part et d'autre de MN. Considérons, par exemple, le rayon PQ, qui traverse le prisme ABC sous une épaisseur égale à e et le prisme BCD sous une épaisseur égale à e'; les deux composantes de ce rayon suivant les deux sections principales du compensateur présenteront au sortir du compensateur une différence de marche égale à celle que produirait une lame de (juartz avant une épaisseur égale à e — e' et dont la section principale serait jiarallèle à celle du prisme que le rayon traverse sous la plus grande épaisseur.

Supposons, pour fixer les idées, qu'on fasse tomber sur la face AB du compensateur un faisceau de ravons parallèles dont le plan de polarisation fasse un angle de /lô degrés avec chacune des sections principales du compensateur. Chaque rayon émergent sera alors composé de deux rayons polarisés à angle droit, égaux en intensité et présentant une certaine différence de marche. Cette différence

APPLICATIONS POLAUISCOPIQUES. 133

(le marche est nulle pour le rayon MN, et sa valeur absolue croît, pour les rayons situés de part et d'autre de MN, proportionnellement à la distance qui sépare ces rayons de MN.

Tous les rayons pour lesquels la différence d'épaisseur des deux prismes introduit une différence de marche égale à un multiple impair de- entre les deux composantes sont polarisés perpendiculairement au plan primitif; tous les rayons pour lesquels cette différence de marche est égale à un multiple pair de - sont polarisés parallèlement au plan primitif. Si donc on reçoit le faisceau émergent sur un analyseur dont la section principale est parallèle au plan primitif, on verra dans l'image extraordinaire une bande noire correspondant au rayon central MN; de part et d'autre de cette bande noire seront deux franges blanches, puis viendront de chaque côté des franges colorées si la lumière est blanche, des franges alternativement brillantes et obscures si l'on opère avec la lumière homogène. L'image ordinaire présente au contraire une frange centrale blanche bordée de deux franges noires.

L'apparition des franges indique la présence de la lumière polarisée; pour déterminer la position du plan de polarisation, il suffit de faire tourner l'analyseur jusqu'à ce que la frange centrale de l'image extraordinaire soit aussi noire que possible; la section principale de l'analyseur est alors parallèle au plan de polarisation.

''209. Application fin compensateur de ITI. Babinet à l'étude de la polarisation elliptique. — M. Jamin a ap|)liqué le compensateur de M. Babinet à l'étude de la polarisation elliptique et à la mesure des constantes qui caractérisent un rayon polarisé elliptiquement "l Un rayon polarisé elliptiquement peut toujours être regardé comme formé de deux rayons polarisés à angle droit et présentant une certaine différence de marche. Si donc on fait tomber sur le compensateur un rayon polarisé elliptiquement, les deux composantes de ce rayon , suivant les deux sections principales du compensateur, présenteront déjà une certaine différence de marche avant l'entrée du ravon dans le compensateur, d'où il résulte que,

(') Ami. derhim. r( ,lr plujs., (;^), XIX, 296; XXIX, 263.

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dans les images données par l'analyseur, les franges seront déplacées latéralement et ne seront plus symétriques par rapport à celle qui correspond au rayon central MN.

On peut disposer l'appareil de façon à pouvoir mesurer la différence de marche entre les deux composantes. A cet effet , le compensateur est monté dans une bonnette sur laquelle l'un des prismes de quartz est fixé, tandis que l'autre peut recevoir un mouvement Irès-lent à l'aide d'une vis micrométrique. Un fil très-fin permet de déterminer la position des franges. On fait d'abord tomber sur le compensateur un faisceau de lumière polarisée rectilignement à 45 degrés des sections principales du compensateur, et on reçoit le faisceau émergent sur un analyseur dont la section principale est parallèle au plan primitif de polarisation. La frange noire centrale dans l'image extraordinaire correspond alors au rayon central MN; on fait coïncider le fil avec cette frange, puis on tourne la vis de façon à amener sous le fil la frange qui correspond à une différence

de marche égale à - • Soit L la quantité dont il a fallu déplacer le

prisme mobile; un déplacement L correspondant à une différence

de marche égale à-i un déplacement quelconque / correspondra à

une différence de marche ésale à ~r '

Ceci posé, il est facile de comprendre comment on peut appliquer le compensateur à l'étude de la lumière elhptique. On commence par faire tourner l'analyseur jusqu'à ce que la frange centrale de l'image extraordinaire soit aussi noire que possible. Soit alors OC la direction de la section principale de l'analyseur : le rayon qui correspond à la frange noire centrak^ a été décomposé en deux rayons polarisés suivant les deux sections principales du compensateur et présentant une certaine différence de marche S; cette différence de marche a été détruite par le compensateur, et la polarisation rectiligne a été rétablie de façon que la vibration soit parallèle à OC. Pour connaître la différence de marche des deux composantes du rayon elliptique, il sullit de mesurer la différence de marche que produit le compensateur au point correspondant à la frange noire centrale, jjuisqu'elle est égale et conli-airo à la pi'(''rédenle. A cet

APPLlGATIOi\S POLARISCOPIQUES. 135

effet, on ramène, à l'aide de la vis micrométrique, la franjjc noire sous le fil; si le déplacement est égal à /, la différence de marche

cherchée sera, d'après ce que nous venons de voir, -r- •

Quant au rapport des amplitudes des deux composantes du rayon elliptique, il est égal à la tangente de l'angle que fait la section principale de l'analyseur avec une des sections principales du compensateur. On peut donc, à l'aide du comj)ensateur, déterminer la différence de marche des deux composantes d'un rayon elliptique suivant deux directions rectangulaires quelconques, et le rapport des amplitudes de ces composantes.

Si les sections principales du compensateur sont parallèles aux axes de la vibration elliptique, la différence de marche des

deux composantes parallèles à ces sections est égale à • Il résulte

de là que, si à l'aide de la vis micrométrique on déplace l'un des

prismes du compensateur d'une quantité égale à -i de façon que

le compensateur, dans la partie qui est en regard du fil, produise

une différence de marche égale à -^ il suffira, pour déterminer les

directions des axes de la vibration elliptique, de faire tourner le compensateur jusqu'à ce que la frange obscure qui occupe le milieu de l'image extraordinaire coïncide avec le fil. Les sections principales du compensateur sont alors parallèles aux axes de la vibration elliptique. Pour déterminer le rapport de ces axes, on fait tourner l'analyseur sans toucher au compensateur, jusqu'à ce que la frange placée sous le fil soit aussi noire que possible. La tajigente de l'angle c[ue fait la section principale de l'analyseur avec l'une des sections principales du compensateur est alors égale au rapj)ort des axes de la vibration elliptique. Ce procédé offre beaucoup plus de précision que celui qui consiste dans l'emploi d'une lame d'un quart d'onde (186).

!210. Polariscope à teintes mi-parties de Bravais. —

M. Bravais a construit un jjolariscope qui permet de distinguer facilement la lumière polarisée rectilignement de la lumière polarisée elliptiquement'". Cet appareil est formé d'une lame de mica ou de

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sulfate de chaux d'une épaisseur telle (ju'elle produit dans la lumière jaune une différence de marche égale à -j entre le rayon ordinaire et le rayon extraordinaire. Si. au sortir de la lame, on reçoit la lumière sur un analyseur dont la section principale est parallèle au plan primitif de polarisation, les rayons jaunes manquent dans l'image extraordinaire, c[ui présente alors une teinte particulière qu'on désigne sous le nom de imite sensible, parce que le moindre changement dans l'épaisseur de la lame ou dans la polarisation des rayons incidents suffit pour faire varier cette teinte d'une manière très-appréciable. Supposons, pour plus de simplicité, que la lame soit du sulfate de chaux : elle doit alors être taillée parallèlement à l'axe. On la coupe en deux par une section AB (fig. i5) et l'on retourne l'une des moitiés face pour face, (le façon que les sections principales des deux moitiés de la lame soient à angle droit. Si la lame est à deux axes, si c'est par exemple du mica, elle doit être taillée parallèlement à l'une des *^'" 'i- sections principales du cristal, et l'on

peut considérer l'un des axes contenus dans cette section principale comme jouant le même rôle que Taxe unique dans la lame de sulfate de chaux.

Supposons qu'au sortir de la double lame la lumière soit reçue sur un analyseur dont la section principale est parallèle à la bissectrice des axes des deux moitiés de la lame. Si la lumière qui tombe sur la lame est polarisée rectilignement, chacune des images de l'analyseur est en général composée de deux moitiés teintes de couleurs différentes; mais en faisant tourner simultanément l'analyseur et la lame, de façon que la section principale de l'analyseur reste parallèle à la bissectrice des axes des deux moitiés de la lame, il est toujours possible de trouver une position dans laquelle chacune des images de l'analyseur présente une teinte uniforme qui est la teinte sensible pour l'image extraordinaire. Cette position est celle où k section principale de l'analyseur est parallèle au plan primitif de polarisation. Il n'en est plus de même lorsque la lumière est po-

APPLICATIONS POLARISCOPIQUES.

larisce elliptiquement; car alors les deux composantes fin rayon suivant les deux sections principales de la lame présentent une certaine différence de phase, et par suite les deux moitiés de l'image extraordinaire, quelle que soit l'orientation de l'analyseur et de la lame, présentent toujours deux teintes différentes qui sont l'une audessus, l'autre au-dessous de la teinte sensible. On peut ainsi reconnaître une très-faible polarisation elliptique.

Pour mesurer la différence de marche des deux composantes du rayon elliptique, Bravais dispose en avant de la double lame un système formé de deux compensateurs de Babinet croisés de façon que si, dans le premier compensateur, le grand côté AB (^dg. 16)

de la base du prisme antérieur est parallèle à l'axe, dans le second compensateur le grand côté A'B' du prisme antérieur soit perpendiculaire à l'axe. Si les parties centrales des deux compensateurs, MN et M'N', se correspondent exactement, l'effet produit par le système des deux compensateurs est nul.

Mais si on déplace l'un des compensa- Fij;. ig. teurs par rapport à l'autre, le système

équivaut dans la partie commune à une lame de quartz d'une épaisseur constante et proportionnelle au déplacement.

On peut, d'après ce que nous venons de voir, en déplaçant l'un des compensateurs d'une quantité convenable, détruire la polarisation elliptique et ramener la lumière à la polarisation rcctiligne, ce (ju'on reconnaîtra à ce que , la section principale de l'analyseur étant parallèle à la bissectrice des axes de la double lame, les images de l'analyseur présentent des colorations uniformes et l'image extraordinaire possède la teinte sensible. On peut calculer la différence de marche des composantes du rayon elliptique suivant les deux sections principales de la double lame d'après le déplacement du compensateur; il suffit pour cela d'avoir déterminé préalablement la grandeur du déplacement qui correspond à une différence de marche

égale à - • Les deux composantes du rayon elliptique sont d'ailleurs

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toujours de même intensité, puisque la section principale de l'analyseur fait des angles égaux avec les deux composantes.

Lorsqu'on opère avec la lumière blanche, le procédé de Bravais est au moins aussi précis que celui de M. Jamin. Mais, lorsqu'on veut opérer avec la lumière homogène, la méthode de Bravais est inapplicable et l'appareil de M. Jamin permet seul de déterminer les états de polarisation des diverses couleurs, états qui sont souvent fort différents.