LOFS EXPÉRIMEINTALES DE LA POLARISATION ROTATOIRE DANS LE QUVRTZ

2 â 7 . Découverte «le la polarii^ation rotatoire par Arago.

— La polarisation rotatoire fut découverte par Arago on 181 1 , en même temps cpie la polarisation chromatique'''. En étudiant l'action de la lumière polarisée sur les lames cristallines, il reconnut qu'une lame de quartz perpendiculaire à l'axe présente des propriétés tout à fait spéciales. Tandis qu'en général une lame d'un cristal à un axe taillée perpendiculairement à l'axe ne modifie en aucune façon l'état de polarisation des rayons ([ui la traversent normalement et ne donne pas de colorations dans l'analyseur, une lame de quartz perpendiculaire à l'axe, lorsqu'elle est traversée normalement par des rayons polarisés parallèles entre eux, fait apj)araître dans l'analyseur deux images teintes de couleurs très-vives et complémentaires entre elles. Ces colorations se distinguent de celles qu'on observe dans la polarisation chromatique par deux caractères spéciaux :

1" Les teintes des deux images ne changent pas quand on fait tourner la lame de quartz autour d'une droite parallèle à l'axe.

9° Si l'on fait varier l'angle formé par la section principale de

'■' Meut, de la pretn. cla.ixp dp rinxl., I. XII, p. 98.

Verdet, VI. — Optique, H. i5

'2\ii l>UL\niSAT10\ liOTATOlHK.

l'analyseur avec le plan ])riinilif de polarisation, charpie image passe par une série de teintes rpii varient d'une manière continue. Ces teintes se reproduisent lorsqu'on fait tourner l'analyseur de 180 degrés, et les couleurs des deux images s'échangent par une rotation de 90 degrés,

Arago remarqua que ces phénomènes s'expliquent en admettant que chaque rayon simple reste polarisé rectilignement après son passage dans la lame de quartz, mais que le plan de polarisation tourne d'un angle variahle avec la couleur; de là la dénomination de polarisation roUitoire, qui fut donnée à l'action exercée par le quartz sur la lumière polarisée.

2 A 8. liOis expérimentales établies par Biot. — C est à

Biot qu'on doit d'avoir étahli, par de longues séries d'expériences poursuivies avec la plus grande persévérance, les lois expérimentales delà polarisation rotatoire '. Il opérait sur les rayons mi'diocrement homogènes que fournit la décomposition prismatique de la lumière solaire; pour mesurer la rotation du plan de polarisation des rayons d'une certaine couleur, il plaçait l'analyseur de façon à éteindre complètement l'image extraordinaire en l'ahsence de la lame de quartz-, cette lame étant ensuite placée sur le trajet de la lumière polarisée, il sullisait de mesurer l'angle dont il fallait faire tourner la section principale de l'analvseur pour éteindre de nouveau Timage extraordinaire. Cet angle n'était autre que celui dont avait tourné le plan de polarisation. Biot arriva ainsi aux lois suivantes :

1" La rotation du plan de polarisation produite par une lame de (piartz ])erpendiculaire à l'axe est proportionnelle à l'épaisseur de cette lame : elle est la même pour des lames de même épaisseur taillées dans des cristaux différents et ne change pas quand on retourne la lame lace ])0ur face.

•î" Parmi les cristaux de (|iiarlz il \ en a cpii l'ont lourner le plan de polarisation vers la droite (pour un observateur qu'on suppose couché dans le rayon, les pieds tournés du côté d'où vient ce rayon), et d'autres qui l'ont tourner ce |)lan vers la gauche. Les premiers

(' Mrw. <!,■ r \,n,l. ,lrs Sr.. I. II. p. 'il.

LOtS EXPERIMENTALES. 'il9

sont (lits de.rirogyres et représentés par le signe ^ ; les seconrls sont appelés h'cogijres et représentés par le signe ^. A épaisseur égale, des lames de ces deux espèces de cristaux produisent des rotations égales mais de sens contraires.

Pour vérifier ces deux lois, il faut se servir de lames assez minces pour (pie la rotation soit inférieure ;\ 180 degrés, sans cpioi on serait exposé à se tromper sur le sens et sur la valeur de la rotation. Pour se faire une idée de l'épaisseur des lames c|u'on doit employer, il suffit de savoir que, pour les rayons rouges transmis par le verre coloré au moyen de l'oxyde de cuivre, la rotation produite par une lame de (piartz d'un millimètre est d'environ 1 8 degrés. En employant des lames dont l'épaisseur croît graduellement, on peut du reste s'assurer cpie la rotation reste proportionnelle à ré|)aisseur, uK^me lors(pi'elle dépasse une demi-circonférence.

Le sens de la rotation est en général le même pour les lames taillées dans le même cristal de quartz. (Cependant il existe des exceptions à cette règle, surtout dans la variété de quartz qu'on désigne sous le nom (XaméOiyste. (îes anomalies s'expliquent par la comi)lexité de la cristallisation. Si un cristal de (piartz est formé do cristaux de signes contraires accolés par les faces parallèles à l'axe, une lame taillée dans le cristal perpendiculairement à l'axe donnera dans l'analyseur deux images dont chacune sera formée de plusieurs parties teintes de couleurs complémentaires; les régions différemment colorées de chaque image seront limitées par des triangles équilatéraux on p;u" des hexagones rép,uliers. Un tel cristal pourra du reste présenter une transparence et une limpidité parfaites, de sorte qu'il serait impossible de reconnaître autrement que par les phénomènes de la polarisation rolafoire qu'il est formé du groupement de plusieurs cristaux.

L<'s phénomènes se compliquent encore lorsque les cristaux de signes contraires s'accolent par des faces inclinées à l'axe. Dans ce cas. en effet, la lame, entre les régions entièrement dextrogyres et les régions entièrement lévogyres, doit être considérée comme formée par la superposition de deux lames de signes contraires variant d'épaisseur d'un point à un autre. Il en n^sulte que dans chacune des images de l'analyseur, entre deux ré.«jions colorées de teintes ])lates et comph'-

mentaires, on trouve une région où la coloration varie d'une manière continue. MM. Gustave Rose et Descloizeaux^^' ont donné de nombreux exemples de pareils groupements par des faces inclinées à l'axe, dans leurs travaux sur les propriétés optiques du quartz.

3° La troisième loi démontrée par Biot consiste en ce que la rotation du plan de polarisation va en croissant du rouge au violet et varie à peu près en raison inverse du carré de la longueur d'ondulation. Cette sorte de dispersion est beaucoup plus marquée que la dispersion prismatique, et il est impossible de tailler des lames assez minces pour ne pas donner des colorations sensibles dans la lumière blanche; il résulte en effet de la loi précédente que la rotation des rayons violets est environ trois fois plus grande que celle des ravons rouges. Biot obtint les nombres suivants pour les rotations produites par une plaque de quartz de i millimètre d'épaisseur.

> ROTATION Di; PLAN