Polarisation lumineuse...

[toinou]

Boujour à tous,

Encore une question qui me tracasse (satanée physique ! )...

J'ai observé que les matériaux qui réfléchissent la lumière, comme le verre par exemple, possèdent un angle d'incidence (dit de Brewster) pour lequel la lumière est polarisée rectilignement ; cet angle dépend des l'indices des milieux (pour verre - air : 57°).

Une expérience simple et amusante pour le vérifier est de prendre son portable, dont la lumière de l'écran LCD est polarisée rectilignement dans une certaine direction, et de le regarder en reflexion sur toutes sortes de surfaces, avec un angle total d'incidence d'environ 120°, en faisant tourner le portable autour de l'axe perpendiculaire à la surface de l'écran, pour trouver l'extinction de la réflexion (pour que la lumière polarisée rectillignement soit "croisée" avec la polarisation induite par la réflexion de la surface, il y a alors extinction du faisceau). (Ouf, c'est compliqué tout ça ! )

Quand je prennais le train pour rentrer chez moi le vendredi soir, les gens se demandaient si je n'étais pas fou, quand ils me voyaient remuer mon portable dans tous les sens devant la vitre !!!

Mais une chose m'échappe : pourquoi ce phénomène ne fonctionne pas dans un mirroir ? Essayez, vous allez voir... Pourtant, c'est une surface réfléchissante au même titre que le verre... Est-ce une histoire d'indice du métal (égal à la racine carrée de la permitivité d'ailleurs, non ?), qui fait que l'angle de Brewster n'existe plus ?
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[Meumeul]

SAlut,

c'est un probleme de nature de la reflexion. Le miroir impose un champ totalement nul au champ EM (enfin aux parties oscillantes et dns le visible), ce qui fait que toute coposante de la lumiere est reflechie.

La reflaxion sur le verre n'est pas la meme, les conditions sont beaucoup moins rigides, donc tu as de la reflexion mais aussi une onde transmise. L'incidence transmise est telle que tu selectionne quelle partie est transmise et laqelle est reflechies. EN d'autres termes, si toi tu voies disparaitre l'ecran de ton portable, le mec qui est dans le train a cote (de l'autre cote de la vitre) le voit parfaitement.

Pour imager ca, on peut s'appuyer sur les dipoles oscillants : tu prends un modele d'electron elastiquement lié au noyau, tu balances de la lumiere polarisée, ca fait osdciller tes electrons, ils rayonnent, mais pas suivant leur direction d'oscillation ! Si tu te mets en face de cette direction, tu ne vois pas une des composantes de la polarisation.

SI c'est pas assez clair, j'essaierai de faire un schemas.

[toinou]

c'est un probleme de nature de la reflexion. Le miroir impose un champ totalement nul au champ EM (enfin aux parties oscillantes et dns le visible), ce qui fait que toute coposante de la lumiere est reflechie.

De par le fait que ce soit un métal ? Donc ça marche avec le verre car il est isolant ?
Il me semble que j'ai essayé mon expérience sur une surface en fonte et que cela a marché... Peut-être que je me trompe...

La reflaxion sur le verre n'est pas la meme, les conditions sont beaucoup moins rigides, donc tu as de la reflexion mais aussi une onde transmise.

Qu'entends-tu par conditions moins rigides ? Y'a t'il une influence sur le fait qu'il n'y ait que réflexion et non transmission ?

Pour imager ca, on peut s'appuyer sur les dipoles oscillants : tu prends un modele d'electron elastiquement lié au noyau, tu balances de la lumiere polarisée, ca fait osdciller tes electrons, ils rayonnent, mais pas suivant leur direction d'oscillation ! Si tu te mets en face de cette direction, tu ne vois pas une des composantes de la polarisation.

Désolé, je n'ai pas très bien compris...

[le géant vert]

ENOOOORME TA MANIP!!!!! JE SUIS FAN!!!!

POur répondre à ta question,
Un métal est conducteur et on peut montrer (en gros) qu'un conducteur ne laisse pas passer les champs électromagnétiques. (comme la lumière). Cela s'appelle les relations de passages de Maxwell. Comme ça c'est vite règlé!!
Dans un isolant transparent (par exemple le verre) on a les lois de Descartes qui proviennent aussi des relations de passages et qui nous disent qu'une partie du faisceau incident est transmis (réfracté) et une autre est transmise. Mais ces lois ne nous disent pas combien.
L'approche électromagnétique de ce phénomène et notamment des histoires de conservation d'énergie nous indique que pour un certain angle une direction de polarisation est totalement transmise. Bref sous cet angle, la "réflexion vitreuse" (devinez pk on l'appelle comme ça.....) est un moyen de produire une lumière polarisée rectilignement.

Maintenant, microscopiquement, pk rien ne passe dans un conducteur et une partie passe dans un diélectrique (isolant)
Dans un conducteur les électrons ne sont pas liés et on ne peut pas vraiment leur transmettre de l'énergie. Par contre dans un diélectrique il sont comme accroché a des petit ressort aux atomes et quand on en excite un comme il faut la propagation de l'énergie peut se faire.


Maintenant moi aussi j'aurais une question: Pk une émission LCD produit-elle une lumière polarisée? et comment ça marche??
Merci!!!

[A voir en vidéo sur Futura]

[toinou]

Merci à toi le géant vert !!! Ta réponse est très claire, et je comprend mieux à présent ce phénomène qui me titillait depuis quelques temps...

Maintenant, pourquoi la lumière qui sort des écrans LCD est polarisée ? Et bien c'est très simple :

La matrice de Cristaux Liquides est prise "en sandwich" entre deux polariseurs croisés à 90° l'un par rapport à l'autre. Donc si il n'y avait pas cette matrice, il y aurait bien évidemment aucune lumière en sortie.

Le rôle de la matrice LCD est de modifier la polarisation d'un faisceau incident (plus exactement, elle fait tourner la direction de polarisation du faisceau incident).

Donc, si on résume tout ça :

- la lumière produite par le portable arrive sur le premier polariseur, et ressort polarisée rectillignement,
- elle arrive sur la matrice LCD, celle-ci modifiant plus ou moins la polarisation de la lumière en fonction de l'intensitée lumineuse voulue du pixel,
- enfin, elle arrive sur le deuxième polariseur : considérons les 2 cas extrêmes ;
1) la matrice LCD n'a pas du tout modifié la polarisation : alors il n'y a plus d'intensité lumineuse en sortie, le pixel est donc noir.
2) la matrice LCD à fait tourner la direction de polarisation de 90°, celle-ci est donc maintenant en phase avec la direction du polariseur de sortie, la lumière en sortie est maximum, le pixel est blanc.

Les Cristaux Liquides sont constitués d'un liquide dont les molécules (hélicoïdales il me semble) s'alignent plus ou moins en fonction du champ électrique qui est appliqué.
Ainsi, un pixel est donc une sorte de porte commandée en tension qui laisse plus ou moins passer la lumière.

Si je n'ai pas été assez clair, n'hésite pas à me demander !

[Coincoin]

Salut tout le monde,
J'adore ce sujet ! Mais dis-moi, les gens te regardent vraiment bizarrement dans le train, parce que je sens que je ne vais pas pouvoir m'empêcher d'essayer !

[toinou]

Juste histoire de voir si j'ai bien tout compris :

Est-ce que ce phénomène de polarisation se rencontre que sur des surfaces qui réfractent la lumière (comme le verre en l'occurence) ? Et donc une surface opaque ne peut pas jouer ce rôle de polarisation ? Donc, ça ne marcherait pas sur un diélectrique de type opaque, comme une surface plastique par exemple ?

Pour coincoin : à expérimenter avec modération en effet !!!

[Coincoin]

Est-ce que ce phénomène de polarisation se rencontre que sur des surfaces qui réfractent la lumière (comme le verre en l'occurence) ? Et donc une surface opaque ne peut pas jouer ce rôle de polarisation ? Donc, ça ne marcherait pas sur un diélectrique de type opaque, comme une surface plastique par exemple ?

Ce qui compte, c'est que le métal du miroir est conducteur et impose donc certaines conditions aux champs. Si tu prends un isolant, tu vas avoir la même chose que pour la vitre.

[Meumeul]

Pour l'esplication de la selection d'une des deux polarisations, voila le schemas. Sachant qu'un dipole electrique oscillant ne rayonne pas dans sa direction, tes atomes excités par l'onde EM ne rayonnent pas dans la direction de la polarisation P (celle qui est dans le plan d'incidence, a vrai dire je sais plus si c'est S ou P ), qu'on trouve simplement par les lois de Snell-Descartes, d'ou ta selection d'une des lumieres polarisees sur la droite pointillée.

Et bravo pour avoir pense au portable comme source de lumiere polarisee !

[Floris]

Bonjour, permettez moi de poser une question, sur ce sujet que j'hadore aussi.
Je dispause de deux polariseurs, j'ai remarqué que quand je les place à 90° je n'est plus qu'une très lègère lumière bleu qui passe. Autrement dit, tout le reste est stopé mais le bleu passe encore. Je me demande ci ce n'est pas dû à la dimension de la logueurs d'onde qui fait qu'elle arrive à passer. Un peut comme la grille du micro onde qui stope les micro ondes car leurs dimension est inférieur à la dimension de la logueurs d'onde du rayonement.

Merci encore pour votre aide.
Flo

[toinou]

Ce qui compte, c'est que le métal du miroir est conducteur et impose donc certaines conditions aux champs. Si tu prends un isolant, tu vas avoir la même chose que pour la vitre.

OK, donc ça marcherait avec un surface plastique alors... Mais dans ce cas, le faisceau polarisé n'est pas transmis comme dans le cas du verre, il est donc absorbé par la surface ?

Ce qui m'amène à une autre question : quand on fait passer de la lumière à travers 2 polariseurs croisés à 90°, elle disparait complètement ; comme il y a conservation d'énergie, que devient l'énegie du faisceau ? Est-elle dissipée sous forme de chaleur dans le matériau du polariseur ?

Pour ta question Floris, je ne sais pas... Ton idée est bonne ; personnellement, quand je fais ton expérience, je ne vois plus aucune lumière en sortie ; cela dépendrait-il alors de la qualité des polariseurs ?

[Meumeul]

Pour la question de FLoris, j'opterais pour la qualite des polariseurs.

Pour les deux polariseurs croises, ils reflechissent la lumiere (en general). Chacun reflechi une des polarisations rectilignes, donc a eux deux il n'y a plus de lumiere. S'ils absorbaient toute l'onde, ils risqueraient de tres viollemment chauffé des que tu manip avec un LASER

[Chip]

Je dispause de deux polariseurs, j'ai remarqué que quand je les place à 90° je n'est plus qu'une très lègère lumière bleu qui passe. (...) Je me demande ci ce n'est pas dû à la dimension de la logueurs d'onde qui fait qu'elle arrive à passer.

C'est effectivement une caractéristiques des feuilles polaroid : elles sont moins efficaces dans le bleu. Je ne pense pas qu'on puisse attribuer ça directement à la "dimension de la longueur d'onde" (comme on pourrait le faire avec un réseau polarisant). Cela correspond au spectre d'absorption des molécules utilisées pour les feuilles polaroid.

Pour les deux polariseurs croises, ils reflechissent la lumiere (en general). Chacun reflechi une des polarisations rectilignes, donc a eux deux il n'y a plus de lumiere. S'ils absorbaient toute l'onde, ils risqueraient de tres viollemment chauffé des que tu manip avec un LASER

Les polariseurs de Floris sont des feuilles polaroid, ils agissent par absorption et non par réflexion. Effectivement ils ne sont pas utilisables avec de forts flux.

[Floris]

Bonjour à vous tous. Merci pour vos réponses. Des polariseurs qui agissent par adsorption ou par reflexion! C'est la première fois que j'en entend parlé. Pouvez vous m'expliquer un peut comment se comporte chaqu'un? Si je ne fait pas erreur, dans un polariseur agissant par absoprtion, la molécule absorbe le rayonement, (comme le fait un matériaux noir à la lumière) si la polarisation n'est pas dans la bonne inclinaison. Pour le reflechissant, ce dernier, renvois le rayonement ou sinon devien transparent. Esque je fait érreur?

Meric à vous
Flo

[Coincoin]

Tes polariseurs Polaroïd sont constituées de longues molécules qui ont été alignées dans le même sens. Ces molécules absorbent donc plus dans une direction que dans l'autre (essaye de faire passer un frisbee à travers une palissade et tu comprendras ). Or toute lumière peut se décomposer comme la somme de deux polarisations rectilignes perpendiculaires. Ton polariseur absorbe une de ces polarisations et donne donc une polarisation rectiligne.
Le problème, c'est que si tu travailles avec un laser puissant, le polariseur va devoir absorber une grande quantité d'énergie par unité de surface, il va donc chauffer !

[Meumeul]

Justement, je m'imageais assez bien le fonctionnement du polaroid en reflexion ....Quekqu'un a une dem (mathematique ou avec les mains) de pourquoi les molecules absorbent plus la polarisation dans leur longueur?

[Coincoin]

Déjà, je ne suis pas sûr que ça soit en longueur... Il me semble que ce sont de longues chaînes avec des groupements transversaux et que ce sont ces groupements qui absorbent.

[Floris]

Bonjour coincoin, merci pour ta réponse. En fait, je connait le principe de la polarisation, mais ici dans la question que j'ai posé, je voulais savoir la différence de comportement entre un polariseur dit agissant par absorption et par reflexion.
Bien amicalement à touts.
Flo

[Chip]

On en avait parlé ici : http://forums.futura-sciences.com/thread33106.html

[Coincoin]

Et bien, ce que j'ai décrit, c'est par absorption... Ca absorbe une polarisation. Par réflexion, on peut s'amuser avec l'incidence de Brewster pour réfléchir une polarisation et transmettre l'autre.

[invite09c180f9]

Bonjour coincoin, merci pour ta réponse. En fait, je connait le principe de la polarisation, mais ici dans la question que j'ai posé, je voulais savoir la différence de comportement entre un polariseur dit agissant par absorption et par reflexion.
Bien amicalement à touts.
Flo

Salut,
un polariseur (P) est un "filtre" électromagnétique présentant un axe de transmission privilégié pour un champ électrique E . Cet axe, noté u, est contenu dans le plan du polariseur. Si le champ E fait un angle alpha avec la direction u du polariseur, alors tu peux écrire que le champ transmis a pour expression :
E (t)=(E.u ).u =Ecos(alpha).u

Si le champ électrique E est perpendiculaire à l'axe (alpha=+- pi/2), il est absorbé .
Si le champ électrique E est suivant cet axe (alpha=0, pi), il est transmis.

Par conséquent, un polariseur transforme une onde "quelconque" en une onde polarisée rectilignement selon la direction caractéristique du polariseur.
[Pour analyser la polarisation d'une onde, on utilise un analyseur, qui n'est autre qu'un polariseur.]