Polarisation de la lumière
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Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Ludovic Grossard Département Mesures Physiques, IUT du Limousin Université de Limoges Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie I. Dénition 1) Le modèle de l'onde plane tout rayonnement électromagnétique peut être décomposé en une somme d'ondes planes → − on note k le vecteur d'onde, sa norme est égale à 2π/λ E~ B~ ~k plan d'onde les champs → − E et → − B sa direction correspond à la direction de propagation de l'onde sont perpendiculaires entre eux et se trouvent dans le plan d'onde ou front d'onde . − → − → − → les vecteurs ( E , B , k ) forment un trièdre direct Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie I. Dénition 2) Dénition de la polarisation Polarisation Caractérise la direction d'oscillation du champ électrique dans un plan orthogonal à la direction de propagation de l'onde. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 1) Polarisation rectiligne ou linéaire la direction d'oscillation du champ électrique est constante au cours du temps. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 1) Polarisation rectiligne ou linéaire → − À tout instant, le vecteur champ électrique E peut être décomposé en une somme de deux vecteurs suivant deux directions x et y perpendiculaires choisies arbitrairement. y E~ − → Ey ~j θ ~i Chapitre VI Polarisation de la lumière − → Ex x Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 1) Polarisation rectiligne ou linéaire Le champ électrique s'exprime alors : → − E = = − → − → Ex + Ey → − → − Ex i + Ey j L'angle θ étant constant au cours du temps, on a : Ex Ey Chapitre VI Polarisation de la lumière = = a cos(2πν t ) b cos(2πν t ) Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 1) Polarisation rectiligne ou linéaire a et b correspondent aux amplitudes maximales des composantes Ex Ey , b tan θ = a et Les deux composantes sont en phase car leurs deux cosinus ont le même argument, ν est la fréquence d'oscillation de la lumière. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 2) Polarisation circulaire la direction d'oscillation du champ électrique évolue au cours du temps. − → − → Les deux composantes Ex et Ey n'oscillent plus en phase on note ϕ déphasage entre ces deux composantes. on considère qu'elles ont même amplitude (a = b ). On a alors : Ex Ey Chapitre VI Polarisation de la lumière = = a cos(2πν t ) a cos(2πν t + ϕ) Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 2) Polarisation circulaire Si ϕ = ±π/2, on parle alors de polarisation circulaire et on reconnaît alors l'équation paramétrique d'un cercle : Ex Ey y = = a cos(2πν t ) a cos(2πν t + π/2) M − → Ey 2a E~ O − E→ x x Au cours du temps, l'extrémité → − M du vecteur E décrit un cercle, ϕ = π/2 : tourne dans le sens horaire lorsque l'on voit arriver l'onde sur soi, ϕ = −π/2 : sens antihoraire 2b Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 3) Polarisation elliptique On considère maintenant que les deux composantes amplitudes diérentes. Ex Ey = = Ex et Ey ont des a cos(2πν t ) b cos(2πν t + φ) avec ϕ = ±π/2. L'extrémité M du champ électrique décrit maintenant une ellipse, dans le sens horaire si ϕ = π/2, et antihoraire si ϕ = −π/2. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 3) Polarisation elliptique y M − → Ey 2a − → E O 2b Chapitre VI Polarisation de la lumière − → Ex x Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 3) Polarisation elliptique Le rapport d'ellipticité ρ est donné par : ρ= b a si a>b et ρ = a b si b>a compris entre 0 et 1 vaut 0 pour le cas particulier d'une polarisation rectiligne vaut 1 pour le cas particulier d'une polarisation circulaire. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 3) Polarisation elliptique Remarque : ϕ quelconque (mais constant au cours du temps) : polarisation elliptique, mais dont les axes ne correspondent plus aux axes x et y . y x Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 4) Polarisation naturelle Lumière naturelle : succession de vibrations elliptiques dont la forme, l'orientation et la phase changent de façon aléatoire plusieurs milliards de fois par seconde. composantes Ox et aléatoirement. Oy indépendantes, a, Ce sont des vibrations incohérentes. Chapitre VI Polarisation de la lumière b et ϕ évoluent Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie II. Types de polarisation 4) Polarisation naturelle puissance lumineuse proportionnelle à la valeur moyenne temporelle : P ∝ hEx iτ + hEy iτ 2 2 = constante avec τ le temps de réponse du détecteur Les deux composantes contribuent pour moitié chacune à la puissance lumineuse totale de la lumière naturelle : Px = Py = P 0 2 ∝ hEx2 iτ = hEy2 iτ Ce type de polarisation est celui de la plupart des sources lumineuses qui nous entourent (étoiles, lampes à incandescence. . .). Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie III. Polariseurs / analyseurs 1) Polariseurs Polariseurs Composant qui sélectionne dans la lumière incidente la composante de direction parallèle à sa direction privilégiée. arrête les vibrations perpendiculaires à cette direction génère une lumière polarisée rectilignement. P Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie III. Polariseurs / analyseurs 2) L'analyseur Analyseur Dispositif capable de déterminer si une lumière est polarisée rectilignement ou non, et si c'est le cas, de déterminer sa direction de polarisation. Un analyseur est tout simplement un polariseur dans lequel on fait traverser la lumière à analyser. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie III. Polariseurs / analyseurs 2) L'analyseur A Si, pour une orientation particulière de l'analyseur, on observe une extinction de lumière en sortie, c'est que la lumière incidente est polarisée rectilignement dans une direction perpendiculaire à l'axe de l'analyseur. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie III. Polariseurs / analyseurs 3) Loi de Malus laser P − → E1 P0 θ A − → E2 P1 P2 Chapitre VI Polarisation de la lumière photodiode Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie III. Polariseurs / analyseurs 3) Loi de Malus P sélectionne la composante verticale de la polarisation du champ incident : P1 = P0 /2. Lors de la traversée de l'analyseur, seule la projection du vecteur E~1 est transmise ~ 2 k = kE ~ 1 k · cos θ kE soit en puissance optique : P 2 ~ 1 k2 · cos2 θ >τ =< kE ~ 1 k2 >τ · cos2 θ ~ 2 k2 >τ =< kE =< kE La loi de Malus s'écrit donc : P 2 Chapitre VI Polarisation de la lumière = P1 · cos2 θ (6.1) Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 1) Généralités Matériau biréfringent Matériau caractérisé par deux indices de réfraction associés à deux directions de polarisation perpendiculaires Cristal de calcite montrant le phénomène de double réfraction. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 1) Généralités polarisation incidente axe lent cette composante du champ verra un indice de réfraction nlent nlent axe rapide nrapide cette composante du champ verra un indice de réfraction nrapide z e Chapitre VI Polarisation de la lumière δ = e (nlent − nrapide ) Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 1) Généralités diérence de marche à la sortie de la lame : δ = e (nlent − nrapide ) soit une diérence de phase égale à : Φ= 2πδ 2π e (nlent − nrapide ) = λ λ À la sortie, on recombine les deux vibrations. La résultante peut être rectiligne, circulaire ou plus généralement elliptique suivant la valeur de Φ. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 2) Lame demi-onde Lame demi-onde δ = e (nlent − nrapide ) = λ 2πδ soit Φ = =π 2 λ Une des deux composantes subit un déphasage de π la vibration de cette composante change de signe. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 2) Lame demi-onde θ axe lent axe rapide e Chapitre VI Polarisation de la lumière λ/2 −θ z Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 2) Lame demi-onde Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 2) Lame demi-onde Rôle d'une lame demi-onde faire tourner la direction de polarisation d'un rayonnement lumineux polarisé rectilignement. θ axe lent axe rapide e λ/2 −θ z La bissectrice de l'angle formé par les polarisations initiale et nale correspond à un axe neutre de la lame. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 3) Lame quart d'onde Lame quart d'onde δ = e (nlent − nrapide ) = λ 2πδ π soit Φ = = 4 λ 2 Une des deux composantes subit un déphasage de π/2 Si on considère une lumière incidente polarisée linéairement, on obtient en sortie une polarisation elliptique. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie IV. Les lames de phase 3) Lame quart d'onde Si θ = 45◦ par rapport aux axes de la lame, polarisation circulaire en sortie de lame. Rôle d'une lame quart d'onde générer une polarisation elliptique ou circulaire à partir d'une polarisation rectiligne. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie V. Exemples d'application Télévision 3D Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie V. Exemples d'application Photographie Un polariseur ltre le bleu du ciel et augmente le contraste avec les nuages. Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie 1 Dénition 2 Types de polarisation 3 Polariseurs / analyseurs 4 Les lames de phase 5 Exemples d'applications 6 Bibliographie Chapitre VI Polarisation de la lumière Dénition Types de polarisation Polariseurs / analyseurs Les lames de phase Exemples d'applications Bibliographie Bibliographie Optique moderne, Florence Weil, Technosup, ISBN 2-7298-3106-6 (BU IUT) p. 11 14 : Approche de la polarisation p. 28 32 : Lames de phase Chapitre VI Polarisation de la lumière
![[15] Le courant d`absorption](http://s1.studylibfr.com/store/data/004310016_1-9971ebf5a048f7776bee65f04c2cee27-300x300.png)
