Matériaux et polarisation de la lumière

[Komana]

Bonjour à tous,

J'ai un polariseur et un analyseur. On décompose le champ éléctrique de la lumière y pénetrant selon deux composantes : E1 (horizontale) et E2 (verticale).

Je les mets à la perpandiculaire: le polariseur supprime E1, l'analyseur supprime E2. Au final, l'intensité lumineuse résultante est fortement atténuée, si bien qu'on voit plus au travers du polariseur.

Maintenant, j'intercale entre le polariseur et l'analyseur (toujours montés perpandiculairement) une tranche d'un matériau inconnu (transparent, ressemble à du verre, structure amorphe je suppose).

Ce que j'observe est étonnant:
On voit clairement à travers le matériaux inconnu (alors que là ou le matériaux n'est pas présent, la lumière est fortement atténué par le polariseur + l'analyseur).

Cela signifie-t-il que le matériaux a renversé la composante E2, pour la rendre horizontale (donc l'analyseur ne l'a pas supprimé, donc on voit au travers) ?
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[PA5CAL]

Bonjour

Cela signifie-t-il que le matériaux a renversé la composante E2, pour la rendre horizontale (donc l'analyseur ne l'a pas supprimé, donc on voit au travers) ?

Non.

La composante E2 peut être vu comme la somme de deux autres composantes perpendiculaires E21 et E22, orienté spécifiquement au matériau traversé, pour lesquelles le temps de traversée est différent.

Ces deux composantes de la lumière polarisée linéairement sont en phase avant d'entrer dans le matériau, et à la sortie elles sont déphasées l'une par rapport à l'autre, ce qui correspond à une lumière polarité elliptiquement (voire circulairement).

En traversant l'analyseur, la composante verticale de chacune de ces composantes E21 et E22 est supprimée, mais leur composante horizontale est transmise.

[gwgidaz]

Bonjour,

On peut préciser aussi qu'il y a deux phénomènes possibles différents, spectaculaires en lumière blanche ,dépendant du matériau : la polarisation rotatoire ( avec le quartz, par exemple) et la biréfringence ( avec du plastique transparent, par exemple )

Tu places entre les deux polariseurs un objet en plastique transparent , on dit souvent dans la littérature du plexiglass, mais je pense que c'est mieux avec du polystyrène compact. Par chance, c'est le matériaux dont sont faits la plupart des instruments en plastique transparent des écoliers ( double décimètre...)

On voit une irisation du matériau, avec des couleurs différentes selon les contraintes qu'il a subies lors de son refroidissement ou lorsqu'on le plie.
C'est assez spectaculaire de voir les changements de couleurs aux endroits soumis aux contraintes.
Avant l'invention des ordinateurs, on se servait de se phénomène pour tester sur des maquettes en plastiques les contraintes internes d'ouvrages d'art, par exemple...( photoélasticimétrie)

[PA5CAL]

Un petit dessin pour illustrer mon propos :



De gauche à droite :
- le polariseur
- le matériau traversé
- l'analyseur

[A voir en vidéo sur Futura]

[PA5CAL]

Une petite animation qui montre comment un polariseur et une lame quart d'onde décalés de 45° peuvent produire une lumière polarisée circulairement.

En bleu et en jaune, les deux composantes verticale et horizontale du vecteur E.

On voit qu'à la sortie, le vecteur E tourne "en tire-bouchon" autour de l'axe de propagation. Un analyseur laisserait dont passer cette lumière polarisée circulairement quelque soit son orientation.

[PA5CAL]

Oups… il manque des mots : « Un analyseur laisserait dont passer une partie de cette lumière polarisée circulairement quelque soit son orientation. »

[Komana]

Bonjour,

Merci pour les réponses, et pour les schémas (ça aide) !

Cependant, je ne comprends pas pourquoi une lumière polarisée elliptiquement est visible à travers le polariseur.

La composante verticale E2 est décomposé en deux composantes E21 et E22, les composantes verticale de chacune de ces composantes sont supprimés mais les composantes verticales sont transmises, ok.

Mais on peut dire exactement la même chose en l'abscence de matériau entre le polariseur et l'analyseur:
après le polariseur, seul la composante E2 subsite. On peut toujours la décomposer en E21 et E22, et on peut toujours dire que l'analyseur va supprimer les composantes verticales de ces composantes, mais pas les horizontales !

[PA5CAL]

Mais on peut dire exactement la même chose en l'abscence de matériau entre le polariseur et l'analyseur:
après le polariseur, seul la composante E2 subsite. On peut toujours la décomposer en E21 et E22, et on peut toujours dire que l'analyseur va supprimer les composantes verticales de ces composantes, mais pas les horizontales !

En l'absence du matériaux, les composantes horizontales de E21 et de E22 ont la particularité d'être précisément en opposition de phase :

E21_h(x,t) = –E22_h(x,t)

Et donc la résultante horizontale est déjà nulle entre le polariseur et l'analyseur :

E_h(x,t) = E21_h(x,t) + E22_h(x,t) = 0


La décomposition en E21 et E22 permet juste d'expliquer qu'à la sortie du matériau on se retrouve avec (en général) une polarisation elliptique (i.e un champ E résultant qui est tournant) à cause du retard/déphasage introduit entre E21 et E22 :

E21'_h(x,t) = –E22'_h(x+∆x,t) [après le matériau]

Et dans ce cas, la résultante horizontale n'est (en général) pas nulle avant l'analyseur :

E'_h(x,t) = E21'_h(x,t) + E22'_h(x,t) ≠ 0

[Komana]

C'est très claire merci beaucoup ! J'ai encore (et toujours) une question:

J'ai deux types de ce matériaux, l'un a été découpé selon un certains angle (1er type), le second dans un autre (2e type).

Première observation:
Quand j'intercale le 1er type entre deux polariseurs à 90° à la lumière du jour, et sous un certain angle d'observation, j'observe un spectre de couleur ! Le rendu est semblalbe aux lunettes polarisées (qu'on voit au ski). Comment expliquer cela en mettant en lien l'angle d'observation, la structure du matériaux et l'obligation d'avoir un polariseur et un analyseur à 90° ?

Deuxième observation:
J'intercalle le 2e type de matériau entre le polariseur et l'analyseur à 90°. Cette fois-ci je n'observe pas de spectre de couleur. Seulement une teinte soit rosé soit verte selon l'angle, mais très très diffu et peu intense, rien de comparable avec la 1er observation. Pourquoi?
En gardant le polariseur et l'analyseur fixe, mais en faisant tourner le matériaux (selon l'axe rouge représenté par une flèche, sur le premier schéma) j'observe une extinction (environ tous les quarts de tour) ! (L'intensité devient nulle, comme avant d'intercaller le matériaux)
D'après tes explications PA5CAL, cela veut dire qu'il n'y a plus de déphasage entre les composantes, mais comment expliquer cela d'un point de vu structure du matériau?

[Komana]

Pour la première observation, je me suis dis que les indices de réfraction pour chaque longueur d'onde était différent, ducoup on observe un spectre lumineux (du orange au bleu), mais encore une fois quel est le lien entre ça, l'utilisation de polariseur, et la structure du matériau?

Pour la deuxième observation (extinction tous les quarts de tour), ça a peut être avoir avec la biréfringence, mais comment l'expliquer dans le détail?

[Komana]

Mes questions précédentes (mes deux derniers postes) sont peut être trop pointues, tant pis !

Par contre j'ai une autre question:

PA5CAL nous explique que le matériau induit un déphasage des composantes, entraînant une polarisation elliptique. Le matériau permet ainsi de voir à travers les deux polariseurs à 90°.
Est-ce qu'il y a d'autres explications possibles dans la nature? Par exemple si le matériau est biréfringeant (toujours entre les deux polariseurs à 90°), une différence de marche pourrait se faire, on aurait donc et selon la différence de marche, une intensité non nulle en sortie?

édition modération :
1. les images externes sont interdites, surtout pour mettre une formule mathématique que vous pouvez écrire en , comme je l'ai fait, sur le forum.
2. http://forums.futura-sciences.com/an...e-demploi.html même un enfant de ans y arriverai

[Komana]

Des réponses?