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Partie 1 – Signaux 35
Propagation d’ondes
Un polariseur se présente comme un disque dont l’axe est généralement disposé selon l’axe de pro-
pagation (Oz) de la lumière, la direction de polarisation (Op) est en général réglable avec un curseur ou
simplement en tournant le polariseur.
On envoie de la lumière polarisée rectilignement selon
une direction (Op0) sur un polariseur de direction de pola-
risation (Op), telles que (Op0) et (Op) forment un angle a.
On peut décomposer le champ électrique incident (orienté
suivant (Op0)) en une composante parallèle à (Op) et une
composante orthogonale à (Op). Seule la première passe
le polariseur, la composante orthogonale est éliminée.
On peut choisir de noter (Ox) la direction (Op) du polari-
seur, (Oy) la direction orthogonale et ex
et ey
leurs vecteurs
unitaires directeurs respectifs. Alors le champ électrique
incident se décompose suivant : EEeE
e
xx yy
0
=+=
À la sortie du polariseur, le champ électrique est : EEeE e
sx
==
0cosa
On note que :
Deux cas particuliers sont intéressants :
Si (Op0) et (Op) sont confondues (a = 0), le champ incident est suivant
(Ox), toute la lumière passe, il n’y a pas de modification à la traversée du polariseur : EE
sxx
0
Si (Op0) et (Op) sont orthogonales (a = p/2), le champ incident est suivant (Oy), le champ électrique
est arrêté, il n’y a pas de lumière à la sortie du polariseur : EEe
sxx
0.
Le polariseur permet ici de déterminer des caractéristiques de la lumière incidente, on l’appelle un
analyseur, la lumière incidente polarisée pouvant par ailleurs avoir été créée par un premier polariseur.
3. Loi de Malus
Avec les mêmes notations que dans le paragraphe précédent, l’intensité lumineuse incidente I0 et l’inten-
sité lumineuses IS sortant du polariseur s’écrivent respectivement :
IKE
2
et IKEKEKE
Ss
2
0
22
0
22
co
os
(a indépendant du temps)
D’où : IIcos
S0
2a=, relation qui confirme qu’on peut éteindre la lumière incidente (IS = 0) avec un
analyseur perpendiculaire à la polarisation incidente (a = 90°).
Énoncé
Loi de Malus : L’intensité lumineuse IS à la sortie d’un polariseur dépend de l’angle a entre la direc-
tion de polarisation de la lumière incidente et celle du polariseur ainsi que de l’intensité de la lumière
incidente I0 :
Le cinéma 3D fonctionne selon ce principe : deux images correspondant à la vision qu’aurait chaque
œil du spectateur sont projetées en lumière polarisée différemment l’une de l’autre. Les lunettes sont
formées de polariseurs dont la direction de polarisation est liée à celle de l’image correspondante (œil
droit ou gauche). On peut le vérifier en regardant à travers un seul côté des lunettes et en faisant pivoter
la monture, on éteindra l’une ou l’autre image à chaque rotation de 90°.
x
a
p0
y
Ex
e
y
e0
E0
À partir des expressions de k et de w ci-dessus et la relation entre les périodes T et l, on obtient :
ainsi :
IV Onde polarisée
1. Nature de l’onde lumineuse
Dans ce qui précède, on a supposé que l’onde pouvait être décrite par une grandeur scalaire s(M,t). Cela
n’est pas toujours possible. Par exemple, la lumière, et plus généralement toutes les ondes électromagné-
tiques, résultent de la propagation d’un champ électrique noté
et d’un champ magnétique noté
. On
peut montrer qu’une onde électromagnétique quelconque peut s’écrire comme la superposition d’ondes
plus simples unidirectionnelles et progressives (ondes planes progressives), telles que les champs sont
alors tous deux transverses par rapport à la direction de propagation (Oz) et ne dépendent que de z et t.
On ne considère que ce type d’onde dans ce qui suit. Les champs de l’onde sont vectoriels, donc leurs
directions, leurs sens et leurs normes sont a priori fonctions de z et t.
On sait déduire le champ magnétique du champ électrique, aussi la description du champ électrique
suffit-elle à décrire l’onde. L’intensité de la lumière est directement liée à la valeur du champ électrique.
Définition
L’intensité lumineuse est proportionnelle à la moyenne temporelle du carré de la norme du champ
électrique :
où K est une constante. La moyenne est calculée sur un temps très grand devant la période des signaux
lumineux, laquelle est de l’ordre de 10–14 s pour la lumière visible.
2. Polarisation de la lumière
Définitions
La lumière, et plus généralement l’onde électromagnétique plane progressive est dite polarisée
rectilignement si son champ électrique a une direction constante au cours du temps.
La direction du champ électrique est appelée direction de polarisation.
Cette direction peut aussi tourner régulièrement autour de la direction de propagation (polarisation
circulaire ou elliptique), ou avoir une direction variant aléatoirement pour une lumière non polarisée.
La lumière naturelle du Soleil ou celle de la plupart des lampes est non polarisée. Par contre la lumière
réfléchie par une surface (eau, vitre) est partiellement polarisée, voire polarisée rectilignement dans cer-
tains cas, de même que la lumière diffusée par le ciel, contrairement à celle des nuages, ce qui permet
des effets en photographie à l’aide d’un polariseur.
L’œil humain, contrairement à celui des insectes, est insensible à l’état de polarisation de la lumière.
Il ne faut pas confondre direction de propagation et direction de polarisation.
Définition
Un polariseur est un dispositif optique qui ne laisse passer qu’une direction de polarisation de la
lumière. Cette direction sera notée (Op), elle dépend de l’orientation du polariseur.
La lumière sortant du polariseur est donc polarisée rectilignement selon (Op).
x
y
Direction
de propagation
de la lumière
Polariseur
de polarisation
de la lumière
Direction
de polarisation
du polariseur