Polarisation

• prérequis
• définitions
• comment obtient-on de la lumière polarisée
• analyse en lumière polarisée

Prérequis

• les ondes progressives
• électricité :
  • champ électrique
  • champ magnétique
• optique :
  • l'onde lumineuse,
  • réflexion,
  • réfraction

Définitions

plan de polarisation : plan formé par le vecteur champ électrique et la direction de propagation de l'onde lumineuse.

lumière naturelle : orientation du plan de polarisation quelconque.

lumière polarisée : toutes les ondes arrivant en un point ont le même plan de polarisation.

lumière polarisée linéairement : dont le plan de polarisation des ondes en un point est toujours le même (constant dans le temps).

vecteur B en fonction du temps :	propagation de l'onde :
	(3 directions perpendiculaires)

lumière polarisée circulairement : plan de polarisation tournant autour de la direction de propagation avec une vitesse angulaire constante

vue de B en regardant dans le sens de propagation :

lumière partiellement polarisée : mélange de lumière naturelle et de lumière polarisée

Comment obtient-on de la lumière polarisée ?

• Par réflexion (voir ci-dessous)
• par réfraction (mais seulement partielle)
• par diffusion (exemple  : la lumière bleue du ciel)
• par absorption (cristaux dichroïques)
  
• ...
  

Réflexion vitreuse

• quand i = 0, la polarisation est nulle
• quand tgi = n, la polarisation est totale (angle de Brewster)

Réflexion métallique

pas de polarisation

La double réfraction (ou biréfringence)

Dans certains milieux, la propagation de l'onde lumineuse dépend de la direction de polarisation de la lumière incidente, sauf dans une direction particulière appelée axe optique ou axe de biréfringence.

Pour la composante polarisée dans le plan perpendiculaire à l'axe optique, la vitesse de propagation de l'onde est la même dans toutes les directions, les fronts d'onde sont alors des sphères, et ce rayon, appelé rayon ordinaire, suit les lois de réfraction habituelle.

Pour la composante polarisée dans le plan contenant l'axe optique, la vitesse de propagation de l'onde dépend de la direction, les fronts d'onde sont alors des ellipses, et le rayon, appelé rayon extraordinaire, suit une autre trajectoire.

→ 2 rayons réfractés, polarisés dans des plans perpendiculaires.
Exemple : le spath d'Islande et voir la vidéo

Cet effet est utilisé dans le prisme de Nicol (polariseur), dans lequel on sépare rayon ordinaire et rayon extraordinaire.

Analyse en lumière polarisée

Si on place un polariseur sur le trajet de lumière non polarisée (d'intensité lumineuse I_n),

l'intensité lumineuse après le polariseur vaudra I_p = I_n / 2

Si on place un deuxième polariseur (= analyseur) qui fait un angle α avec le premier,

l'intensité lumineuse après l'analyseur vaudra I = I_p . cos² α = (I_n /2) . cos² α (loi de Malus)