Polarisation
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La polarisation 3. Etats de polarisation de la lumière 4. Lames à retard 5. Polarisation par réflexion MM. BELLIOUA 1 Définition Une onde est dite polarisée si les composantes du vecteur 2 champ électrique , ont une relation de phase. La polarisation de la lumière La lumière peut etre polarisée, c’est-a-dire que les oscillations des ondes de lumière sont dans un plan. polarisée non polarisée Dans une onde non polarisée, la direction du champ électrique fluctue (figure a). Le champ électrique d’une onde non polarisée peut être décomposée en deux composantes perpendiculaires. En b, le champ électrique de l’onde est polarisé linéairement (ici, verticalement). 3 Etats de polarisations Vibration dans un plan fixe : polarisation linéaire Vibration en cercles autour de la direction de la lumière : polarisation circulaire Cas général : polarisation elliptique 4 4 Cette figure montre une onde électromagnétique dont le champ électrique oscille parallèlement à l’axe de y. On nomme plan d’oscillation (x,y) le plan dans lequel évoluent le vecteur champ électrique, porte également le nom de plan de polarisation. Exemple : Polarisation linéaire : 5 Polarisation selon y Polarisation selon z 6 La lumière est transmise à 100% lorsque la polarisation de la lumière est parallèle à l’axe de transmission du polariseur. La lumière est transmise à 0% lorsque la polarisation de la lumière est perpendiculaire à l’axe de transmission du polariseur. Remarque: la distance d entre le grillage de la structure est comparable à la longueur d’onde de la lumière ( d ). 7 La lumière est transmise à une intensité I = I0 cos² (entre 0% et 100%) lorsque la polarisation de la lumière fait un angle avec l’axe de transmission du polariseur. Loi de MALUS 8 Lumière non polarisée Polariseu r analyseur Lumière Axe de transmission polarisée Si le champ ayant traversé P a pour amplitude E0, le champ traversant A est, à un facteur près, la projection de E0 sur la direction de polarisation de A: E=t E0cosθ I=t²E0² cos² t: facteur de transmission de l’analyseur A (I0=t²E0² ). I I 0 cos 2 99 𝜃=0 0<𝜃< 𝜋 2 𝜃= 𝜋 2 L’intensité de la lumière transmise par deux polariseurs dépend de l’orientation relative de leurs axes de transmission. La lumière transmise a une intensité maximale lorsque les axes de transmissions sont alignés. L’intensité de la lumière transmise diminue lorsque les axes de transmission forment un angle de 45°. L’intensité de la lumière transmise est minimale lorsque les axes de transmission sont perpendiculaires entre eux. 10 3. Etats de polarisation de la lumière 11 Pour décrire le champ, on se place dans le plan xy et on décrit l`évolution du vecteur 𝐸 Si, φ= kπ (kN), le champ garde une direction fixe, la polarisation est rectiligne. 12 C`est l`équation d`une ellipse: l`extrémité du champ décrit une ellipse. Suivant la valeur de φ, l`ellipse est décrite dans un sens ou dans l`autre. 13 Si φ = ± π/2 +2πk (kN) et /4 (E0xE0y): 𝐄𝐱 𝐄𝟎𝐱 𝟐 𝐄𝐲 + 𝐄𝟎𝐲 𝟐 =𝟏 En un point M, l’extrémité du vecteur champ électrique E, décrit une ellipse dans le plan (M,ex,ey). Les axes de cette ellipse sont les axes X et Y. Onde elliptique GAUCHE Onde elliptique DROITE 14 Si φ = ± π/2+2πk et E0x=E0y=E0 ( =/4 ) 𝐄𝐱 𝟐 + 𝐄𝐲 𝟐 = 𝐄𝟎 𝟐 En un point M, l’extrémité du vecteur champ électrique E, décrit un cercle dans e plan (M,ex,ey). Onde circulaire GAUCHE Onde circulaire DROITE 15 Cas général : Onde polarisée elliptiquement 16 17 4. Lames à retard Se sont des lames minces taillées dans un cristal ayant des propriétés optiques anisotropes, agissant sur l`état de polarisation d`une onde. Pour une lumière polarisée rectilignement qui traverse la lame d’épaisseur e, la composante de la vibration incidente suivant l’axe lent subit un retard de phase par rapport à la composante suivant l’axe rapide. 18 Ceux deux ondes de même fréquence polarisées suivant les axes lent et rapide, subissent le déphasage : où no: indice ordinaire, ne: indice extraordinaire e: l`épaisseur de la lame. la lame est dite quart-d`onde ou lame λ/4. la lame est dite demi-d`onde ou lame λ/2. 19 Etude d’une lame demi – onde (lame λ/ 2) Une lame à retard est dite demi – onde quand elle introduit un déphasage de π entre les composantes de polarisation selon les lignes neutres (donc une différence de chemin optique de λ/ 2). Le champ électrique à la sortie de la lame est le symétrique du champ incident par rapport à l’axe rapide (Oy). La polarisation reste elliptique mais le sens de rotation a changé. Dans le cas particulier d’une polarisation incidente rectiligne (le champ électrique incident fait un angle α avec l’axe rapide) : Le champ en sortie de lame est : 20 La lumière entrant dans la lame peut être décomposée en deux polarisations perpendiculaire (bleu et vert). A l’intérieur de la lame, la polarisation verte prend un retard par rapport à la polarisation bleue. Une lame demi-onde transforme une polarisation rectiligne en une autre polarisation rectiligne, symétrique par rapport à son axe optique. Si l’orientation de la lame demi-onde par rapport à celle d’une polarisation rectiligne est de α (45 °par exemple), la polarisation transmise par la lame est de 2α (90°). 21 Changement de polarisation après traversée d'une lame demi-onde La lame demi-onde transforme : Une lumière polarisée elliptiquement en une lumière polarisée elliptiquement, parcourant l’ellipse dans le sens opposé Une lumière polarisée circulairement en une onde polarisée circulairement, parcourant le cercle dans le sens opposé Une onde polarisée rectilignement en une onde polarisée rectilignement. Avant la lame Après la lame 22 Changement de polarisation après traversée d'une lame quart d'onde Une lame quart d'onde transforme: Une lumière polarisée elliptiquement en une lumière polarisée elliptiquement de même ellipticité Une lumière polarisée circulairement en une lumière polarisée rectilignement. Une lumière polarisée rectilignement en une lumière polarisée elliptiquement (circulairement cas particulier) Avant la lame Après la lame 23 5. Polarisation par réflexion En 1808, un jour qu’il observait par hasard à travers un cristal de calcite les rayons solaires réfléchis sur une vitre du Palais du Luxembourg, E. Malus vit une image au lieu de deux images habituelles. Il s’aperçut que la lumière pouvait être polarisée par réflexion. 24 Polarisation par réflexion En 1815, Sir David Brewster s’aperçut que, si l’angle d’incidence est égal à l’angle de polarisation, le rayon réfléchi et le rayon réfracté sont perpendiculaire. Pour cet angle, la lumière réfléchie est alors totalement polarisée, perpendiculairement au plan d’incidence. La composante parallèle de la lumière incidente ne disparaît pas, mais elle est réfractée dans le verre. 25 Faisceau de lumière non-polarisé incident sur une surface de réfraction: Faisceau incident Faisceau réfléchi Faisceau transmis Faisceau incident Faisceau réfléchi Faisceau transmis Composante parallèle à la surface est davantage réfléchie 26 La loi de Brewster Si l’angle d’incidence est égal à l’angle de polarisation qP, le rayon réfléchi et le rayon réfracté sont tous les deux polarisés. n2 tan P n1 27 Application: lunette de soleil polarisée Sans verre polarisant Avec verre polarisant 28 29 Polarisation et biréfringence En 1669, en examinant un petit objet à travers un cristal de spath d’Islande (calcite), E. Bartholinius découvrit deux images réfractées. Les rayons ordinaires et extraordinaire sortant d’un cristal biréfringent sont polarisés 30 Matériaux qui ont la propriété de: transmettre les ondes dont le champ électrique est orienté selon un certain axe absorber les autres ex: polaroid La composante du champ E parallèle aux chaînes de conduction est absorbée alors que la composante perpendiculaire est transmise. 31 Polarisation par diffusion Modèle de la diffusion: Onde non-polarisée absorbée par la molécule Les électrons se mettent à osciller dans le plan perpendiculaire à la propagation sous l’effet du champ E alternatif Les charges oscillantes rediffusent dans toutes les directions d’oscillation des ondes polarisées puisque les oscillations longitudinales du champ sont interdites 32
![[15] Le courant d`absorption](http://s1.studylibfr.com/store/data/004310016_1-9971ebf5a048f7776bee65f04c2cee27-300x300.png)
