[Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement
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[Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement



  1. #1
    invitecd4f3563

    [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement


    ------

    Bonjour j'ai un niveau assez limité en physique et j'aimerais comprendre la biréfringence. Ce que j'ai compris (pour un milieu biréfringent uniaxe) c'est que la lumière entre dans le minéral et qu'elle en ressort divisée en 2 rayons polarisés différemment à cause des deux indices de réfraction. En gros ce que je comprends pas c'est : la différence entre le rayon ordinaire et extraordinaire ? Y'a une histoire de perpendicularité non ?

    Merci de répondre.

    -----

  2. #2
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Bonjour,

    Pour bien comprendre la biréfringence, il faut déjà comprende la notion de polarisation de la lumière (pour faire simple, c'est le fait que le champ électrique de la lumière oscille dans une direction connue, dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation de ta lumière). Une fois que tu as bien compris ça, c'est plus facile d'expliquer la biréfringence. On peut alors décomposer le champ électrique d'une lumière d'une polarisation quelconque sur 2 axes perpendiculaires. Choisissons ces 2 axes parallèles aux axes ordinaires du cristal biréfringent.
    Chaque composante de la polarisation de la lumière verra un indice différent (ordinaire et extraordinaire). Une lumière tapant une surface avec un angle d'incidence traversera la surface, mais sera déviée. Si i est l'angle d'incidence initial par rapport à la normale à la surface, l'angle i' par rapport à la normale de la lumière se propageant dans le cristal sera donné par la loi de Snell-Descartes : n.sin i = n'. sin i'

    Pour la lumière polarisée, la composante parallèle à l'axe ordinaire "voit" un indice n'=no, la composante parallèle à l'axe extraordinaire voit un indice ne. D'où les angles de déviation différent. Le faisceau est séparé en 2, correspondant à ses 2 composantes de polarisation.

  3. #3
    LPFR

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Bonjour et bienvenu au forum.
    Ce n'est pas uniquement une histoire de 2 indices de réfraction.
    Dans des cristaux biréfringents, un faisceau de lumière incidente de divise en deux (l'ordinaire et le extraordinaire). L'ordinaire satisfait la loi de Snell-Descartes, mais le faisceau extraordinaire non. Il a bien gagné son nom.
    Par exemple, un rayon incident perpendiculaire à la surface se divise en deux: le rayon ordinaire perpendiculaire aussi à la surface et le rayon extraordinaire qui n'est pas perpendiculaire.
    Au revoir

  4. #4
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Ce n'est pas uniquement une histoire de 2 indices de réfraction.
    Dans des cristaux biréfringents, un faisceau de lumière incidente de divise en deux (l'ordinaire et le extraordinaire). L'ordinaire satisfait la loi de Snell-Descartes, mais le faisceau extraordinaire non. Il a bien gagné son nom.
    Par exemple, un rayon incident perpendiculaire à la surface se divise en deux: le rayon ordinaire perpendiculaire aussi à la surface et le rayon extraordinaire qui n'est pas perpendiculaire.
    En effet, mais dans ce cas, l'orientation de l'axe extraordinaire n'est pas dans le plan de la surface d'entrée du faisceau (hypothèse que j'ai prise dans mon raisonnement en oubliant totalement de la préciser.. Je mérite ). Le cristal biréfringent est taillé par exemple de telle sorte que l'axe extraordinaire soit orienté à 45° par rapport à la normale de la surface (ce qui doit être une orientation assez naturelle pour beaucoup de cristaux biréfringents).

    Par contre si l'axe extraordinaire d'un cristal uniaxe est dans le plan de la surface d'entrée du faisceau ou perpendiculaire à celle-ci, je ne vois pas comment obtenir 2 rayons en incidence normale. Cette manip me semblait toutefois assez parlante pour expliquer que selon la direction de polarisation de la lumière, celle-ci ne voyait en fait pas le même indice optique, ce qui illustre assez bien la biréfringence.

    Bon, des petits schémas aideraient à la compréhension,mais je ne les ai pas sous la main.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    invitecd4f3563

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Merci d'avoir répondu à tout les deux.

    Mais je comprends toujours pas trop. Donc un rayon entre dans la pierre qui est taillée en fonction de l'anisotropie ? La surface à 45° du "sens privilégié" ? Enfin non c'est pas ça mais je comprends pas trop comment savoir (calculer ?) où se trouvent l'axe ordinaire et extraordinaire (enfin l'ordinaire c'est la loi de snell descartes donc ça va).

    Aussi que change la longueur d'onde de la lumière qui entre dans la pierre ? Est-ce qu'en fonction de sa longueur d'onde, certains rayons de la lumière naturelle entrante son dévié par l'axe ordinaire ou l'extraordinaire ?

    J'ai trouvé un lien pour télécharger un démonstration 3D du prisme de Wollastonaire http://www.unit.eu/ori-oai-search/fr...n__axe_optique

    Qu'ont de particulier les deux rayons qui ressortent ? Ils sont polarisés tout les deux de maniere différente ?? Ils oscillent dans deux plans perpendiculaires ?

    Si quelqu'un pourrait refaire un petit résumé facil à comprendre ça serait gentil. Merci

  7. #6
    invitecd4f3563

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Enfin bref j'ai encore fait quelques recherche mais j'ai l'impression de m'embrouiller encore plus.

    J'ai un rayon qui entre dans une pierre carrée. Dans cette pierre, il y a deux indice de réfraction dus à quoi ? Et comment les trouve-on ? Est-ce que les indices dépendent de l'angle d'incidence du rayon ?

    Le rayon est divisé en deux (pourquoi ? par quoi ? est-il divisé dès qu'il entre ?).

    Le rayon ordinaire, satisfait les lois de snell-descartes, l'autre pas, comment le calcule on ?

    Les deux rayons qui sortent oscillent perpendiculairement et sont décalés.


    C'est ce que je comprends pas trop. Merci.

  8. #7
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Citation Envoyé par maggrig Voir le message
    Merci d'avoir répondu à tout les deux.

    Mais je comprends toujours pas trop. Donc un rayon entre dans la pierre qui est taillée en fonction de l'anisotropie ? La surface à 45° du "sens privilégié" ? Enfin non c'est pas ça mais je comprends pas trop comment savoir (calculer ?) où se trouvent l'axe ordinaire et extraordinaire (enfin l'ordinaire c'est la loi de snell descartes donc ça va).
    La loi de Snell-decartes s'applique à tous les rayons, ordinaires comme extraordinaire. Considère juste que la lumière se propage dans un milieu dont l'indice optique est dépendant de la direction de la polarisation.
    Aussi que change la longueur d'onde de la lumière qui entre dans la pierre ? Est-ce qu'en fonction de sa longueur d'onde, certains rayons de la lumière naturelle entrante son dévié par l'axe ordinaire ou l'extraordinaire ?
    L'indice optique change en fonction de la longueur d'onde (on dit que le matériau est dispersif). c'est ce qui est utilisé dans un prisme pour séparer le spectre lumineux. La lumière bleue "voit" un indice optique plus élevé que la lumière rouge. Dans le montage illustré ici, le bleu va donc être davantage dévié que le rouge. Ceci n'est pas spécifique aux milieux biréfringents, et marche dans un simple morceau de verre isotrope.
    J'ai trouvé un lien pour télécharger un démonstration 3D du prisme de Wollastonaire http://www.unit.eu/ori-oai-search/fr...n__axe_optique

    Qu'ont de particulier les deux rayons qui ressortent ? Ils sont polarisés tout les deux de maniere différente ?? Ils oscillent dans deux plans perpendiculaires ?

    Si quelqu'un pourrait refaire un petit résumé facil à comprendre ça serait gentil. Merci
    Cette vidéo te montre comment est traitée la lumière à travers le prisme de Wollaston en fonction de sa direction de polarisation. On regarde ce qui se passe pour la composante verticale (représentée en bleu) et pour la composante horizontale (rouge). La lumière vient frapper la face du prisme selon un incidence normale. Aucune des composantes n'est déviée. Cependant le matériau est biréfringent uniaxe (avec ne>no), l'axe extraordinaire étant orienté horizontalement. La lumière polarisée horizontalement voit donc un indice plus grand que la lumière polarisée verticalement. Comme la vitesse de propagation est v=C/n, l'onde polarisée horizontalement se déplace moins vite que l'onde polarisée verticalement.

    On arrive sur l'interface. On passe dans un milieu toujours uniaxe, mais dont les directions ont été changées. C'est maintenant l'onde polarisée verticalement qui voit l'indice optique extraordianaire, alors que l'onde polarisée horizontalement voit l'indice optique ordinaire. Les lois de la réfraction n.sin i = n'. sin i' (Snell Descartes) s'appliquent à l'interface :
    - Pour l'onde polarisée verticalement: on passe d'un milieu moins biréfringent (n=no) à un milieu plus biréfringent (n=ne) : Le faisceau se rapproche de la normale à l'interface (sur le dessins, il s'écarte vers le fond du cube).
    - Pour l'onde polarisée horizontalement, on passe d'un matériau plus biréfringent (n=ne) à un matériau moins biréfringent (n=no). Le faisceau est dévié vers l'extérieur de la normale.
    Comme l'onde polarisée horizontalement se déplace maintenant plus vite, elle rattrape son retard sur l'onde polarisée verticalement.
    A la traversée de la face de sortie du cube, les deux ondes passent d'un milieu plus biréfrigent (n=ne) ou (n=no) vers un milieu moins biréfringent (l'air, n=1). Les faisceaux sont déviés vers l'extérieur par rapport à la normale de la surface.

    Tu as donc là un dispositif capable par exemple de décomposer une lumière polarisée quelconque en 2 faisceaux dont les polarisations sont orthogonales. Je ne vais pas rentrer dans les applications. Dis moi déjà si c'est plus clair.

  9. #8
    LPFR

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Citation Envoyé par Tiluc40 Voir le message
    La loi de Snell-decartes s'applique à tous les rayons, ordinaires comme extraordinaire.
    ...
    Bonjour Tiluc40.
    En fait, non.
    Avec la loi de Snell, il serait impossible qu'un rayon arrivant perpendiculairement à la surface puisse d'être dévié et parte de l'autre côté autrement que perpendiculairement. Et c'est bien ce qui arrive. Je l'ai constaté avec un cristal de calcite (non taillé) que j'ai dans mon musée.

    La phrase disant que la loi de Snell ne s'applique pas au rayon extraordinaire, je l'ai copié d'un bouquin d'optique (Jenkins/White "Fundamentals of Optics").
    Cordialement,

  10. #9
    invitecd4f3563

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Ah oui la c'est beaucoup plus clair cependant y'a toujours quelques choses qui me dérangent : comment calculer l'angle du rayon extraordinaire ?

    Ce qui détermine ce que quel rayon "voit" comme indice c'est quoi ? C'est donc la longueur d'onde (=couleur?). Et la direction de polarisation, elle apparait pour les deux rayons qui ressortent c'est bien ça ?

    Et comment faut-il considérer la lumière naturelle ? Non polarisée ?


    Enfin sinon ton dernier message m'a permis de comprendre mieux. J'y suis presque je pense.

  11. #10
    invitecd4f3563

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Ah oui aussi j'oubliais ce que je comprends pas aussi c'est comment l'axe de biréfrigence doit etre par rapport au rayon ? Il va donner la dirrection de polarisation du rayon extraordinaire c'est ça ? Ou rien à voir ?

  12. #11
    invitecd4f3563

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Bonjour tout le monde. Donc j'ai encore fait des recherches etc.

    Donc le rayon ordinaire oscille dans un plan perpenditulaire à l'axe de biréfringence ? Et le rayon extraordinaire oscille dans le plan de l'axe de biréfringence. C'est bien ça ?

    Et sinon toujours le même problème. Je peux calculer l'angle du rayon ordinaire et aussi sa vitesse grâce à la loi snell-descartes mais le rayon extraordinaire je peux que calculer sa vitesse !!


    Angle du rayon ordinaire = n(air) . sin (angle du rayon incident par rapport à la normale) = n(ordinaire) . sin (angle du rayon dévié par rapport à la normale)

    sa vitesse = n(ordinaire) . vitesse de la lumière



    Angle du rayon ordinaire = ????

    sa vitesse = n(extraordinaire) . vitesse de la lumière

    C'est bien ça ?


    Ensuite ce sont les rayons réfléchi par une feuille de papier qui sont doublé par un cristal de calcite et qui nous font voir un texte en double ??


    Merci de votre réponse. Et bonne journée.

  13. #12
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Bonjour Tiluc40.
    En fait, non.
    Avec la loi de Snell, il serait impossible qu'un rayon arrivant perpendiculairement à la surface puisse d'être dévié et parte de l'autre côté autrement que perpendiculairement. Et c'est bien ce qui arrive. Je l'ai constaté avec un cristal de calcite (non taillé) que j'ai dans mon musée.

    La phrase disant que la loi de Snell ne s'applique pas au rayon extraordinaire, je l'ai copié d'un bouquin d'optique (Jenkins/White "Fundamentals of Optics").
    Cordialement,
    Les "joies" de l'optique anisotrope . Voilà au moins une question qui m'aura permis de réviser. En fait, c'est un peu plus compliqué que ce que j'ai dit. Pour visualiser la direction de propagation du rayon ordinaire et du rayon extraordinaire, il faut faire appel à la construction de Huygens à l'interface, "traduction" géométrique du principe de Snell-Descartes. Si l'indice optique vu par l'onde ordinaire reste n0, l'indice optique vu par le rayon extraordinaire dépend de sa direction de propagation (et vaut au maximum ne).

    Je ne crois pas que ça change grand chose dans l'explication du principe de fonctionnement du prisme de Wollaston.

    Je vais essayer de mettre quelques dessins pour expliquer la construction de Huygens, dès que j'ai compris où je peux héberger de façon durable une image. Et qui expliquent entre autres le "mystère" de la création du rayon extraordinaire lorsqu'on envoie un faisceau en incidence normale sur une matériau biréfringent uniaxe dont l'orientation n'est ni dans le plan, ni perpendiculaire à la surface d'entrée.

    En attendant, voici un document plus complet sur l'optique des milieux anisotropes, avec tout le formalisme mathématique qui va avec.
    sa vitesse = n(extraordinaire) . vitesse de la lumière
    Non. v=C/n

  14. #13
    LPFR

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Citation Envoyé par Tiluc40 Voir le message
    ...
    Je vais essayer de mettre quelques dessins pour expliquer la construction de Huygens, dès que j'ai compris où je peux héberger de façon durable une image.
    ...
    Bonjour Tiluc40.
    Je pense que dans ce forum, les images sont conservées sans limite de temps.
    Bien sur, il faut attendre qu'elles soient validées, ce qui est parfois un peu énervant.
    Si non, on peut garder ces photos (et images, j'imagine) chez Yahoo, et peut être chez des fournisseurs d'accès.
    Au revoir.

  15. #14
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Bonjour LPFR. Merci pour l'info. Je l'ai finalement mise en album photo sur Futura.

    Cette construction fait intervenir la représentation des plans d'onde. On construit l'ellipsoïde de l'inverse des indices optiques, de demi-axe 1/no (2 axes) et 1/ne pour un milieu uniaxe. On projette cet ellipsoïde dans le plan de propagation. Dans mes exemples, la projection est une ellipse de demi axe 1/no et 1/ne, représentée en rouge. On construit également la projection de la sphère 1/n (milieu incident, représentée en noir) et 1/no (indice ordinaire, représentée en bleu).

    Construction des faisceaux réfractés : On prolonge fictivement le faisceau incident jusqu'à son intersection avec le cercle de rayon l'inverse des indices du milieu initial. On projette sur la surface d'entrée ce point d'intersection selon la tangente au cercle (la projection peut être à l'infini, ce qui est le cas ici lorsqu'on vient d'un mileu isotrope en incidence normale). Ce qui définit un nouveau point. Depuis ce point, on trace les tangentes à l'ellipse et au cercle des indices du 2nd milieu. Ca définit 2 nouveaux points d'intersection. Les faisceaux réfractés ordinaire (respectivement extraordinaire) joignent le point d'entrée à l'intersection avec le cercle (respectivement l'ellipse).

    Ca devient plus compliqué, mais ce type de construction doit marcher en 3D quand l'axe extraordinaire est hors du plan de propagation du faisceau incident, et aussi avec un milieu biaxe. Les projections sont justes un peu moins évidentes, non? Ca doit marcher aussi pour une réfraction anisotrope vers isotrope, anisotrope vers anisotrope. Le tout est de bien identifier les polarisations des faisceaux qui se propagent.

    On note enfin que dans le quatrième cas anisotrope décrit ci dessus, lorsque le faisceau incident est parallèle à l'axe du milieu biréfringent uniaxe, faisceaux ordinaire et extraordinaire sont à nouveau confondus. Voilà une technique expérimentale d'identification de la direction de l'anisotropie optique d'un milieu uniaxe. Pour un milieu biaxe, il doit falloir chercher les 2 directions qui ne donnent que 2 faisceaux réfractés au lieu de 3.

  16. #15
    LPFR

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Re.
    Votre image ne s'affiche pas.
    Pire encore si je cherche directement
    http://forums.futura-sciences.com/me...on-huygens.gif
    rien ne s'affiche dans mon browser. Il faut demander le rafraichissement de la page pour la voir. Mais j'ai réussi à la voir.

    Vous pouvez aussi envoyer une image en tant que pièce jointe. Si vous cliquez sur "messages" vous aurez accès à votre profil et, tout en bas, vous avez accès à toutes les pièces jointes que vous avez envoyées.

    Pour être sincère, ça ne me suffit pas pour comprendre. Ni même les explications du Feynman (I-33-7). Et votre dessin est bien plus clair que celui du Feynman. Je ne "vois" pas comment l'onde incidente avec le champ parallèle à la surface crée une oscillation avec une composante perpendiculaire à la surface. C'est comme si les électrons de molécules du diélectrique étaient obligés d'osciller sur des plans inclinés par rapport à la surface. Remarquez que c'est peut-être ça l'explication.
    A+

  17. #16
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Re.
    Votre image ne s'affiche pas.
    Pire encore si je cherche directement
    http://forums.futura-sciences.com/me...on-huygens.gif
    rien ne s'affiche dans mon browser. Il faut demander le rafraichissement de la page pour la voir. Mais j'ai réussi à la voir.

    Vous pouvez aussi envoyer une image en tant que pièce jointe. Si vous cliquez sur "messages" vous aurez accès à votre profil et, tout en bas, vous avez accès à toutes les pièces jointes que vous avez envoyées.
    Aie aie aie... Tout s'affiche chez moi, connecté ou pas, sur Windows ou sur Linux. Je vais essayer de la poster de nouveau, quand j'aurai compris comment.
    Pour être sincère, ça ne me suffit pas pour comprendre. Ni même les explications du Feynman (I-33-7). Et votre dessin est bien plus clair que celui du Feynman. Je ne "vois" pas comment l'onde incidente avec le champ parallèle à la surface crée une oscillation avec une composante perpendiculaire à la surface. C'est comme si les électrons de molécules du diélectrique étaient obligés d'osciller sur des plans inclinés par rapport à la surface. Remarquez que c'est peut-être ça l'explication.A+
    C'est vrai que je suis resté sur l'aspect géométrique des choses, en laissant la physique de coté.

    En effet, dans un matériau anisotrope, le champ électrique ne peut plus faire osciller les molécules du diélectrique parallèlement à sa direction. J'imagine qu'il doit y avoir une explication mécanique à celà, liée aux différences de raideur des liaisons entre atomes ou entre molécules, selon les directions. Si on regarde le schéma du Feynman, la polarisation reste tout le temps parallèle à la polarisation initiale, y compris pour l'onde extraordinaire. Dans le milieu anisotrope, le champ électrique n'est plus perpendiculaire à la direction de propagation. Par contre le déplacement électrique D=E, où est le tenseur anisotrope de permittivité diélectrique, est perpendiculaire à la direction de propagation (et plutôt vice-versa, d'ailleurs). C'est le fait que D et E ne sont plus colinéaires dans le matériau anisotrope qui est la source de la déviation du rayon extraordinaire.

    Pour être franc, bien que travaillant sur les applications des cristaux liquides pour l'affichage, je n'ai pas regardé ces configurations depuis des années (et encore, je ne les ai pas regardé de trop prés). J'essayerai de me remettre dans le bain pour vérifier si je ne dis pas trop de bêtises.
    A +

  18. #17
    invitecd4f3563

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Salut merci pour les réponses. Ça m'a bien aidé.

    Je m'adresse maintenant aux personnes qui auraient trouvé la discussion par une recherche, google ou du site, je vous conseil de lire à partir de la page 257 de de livre numérisé par google, je laisse le lien.

    http://books.google.be/books?id=lg07...page&q&f=false


    Au revoir.

  19. #18
    Tiluc40

    Re : [Biréfringence] Novice aimerait éclaircissement

    Bonjour
    Citation Envoyé par Tiluc40 Voir le message
    J'imagine qu'il doit y avoir une explication mécanique à celà, liée aux différences de raideur des liaisons entre atomes ou entre molécules, selon les directions.
    Quant à moi je reviendrais déjà sur ceci, après discussion avec un collègue. Vu les fréquences de la lumière visible, c'est plus probablement une différence de polarisabilité du nuage électronique qui est à l'origine de l'anisotropie du tenseur diélectrique, et non pas une anisotropie mécanique.

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