La polarisation de la lumière est  la direction que prend dans l'espace le plan du vecteur champ électrique E et de l'axe de propagation appelé aussi plan de vibration électrique.



1) Lorsqu'une onde est polarisée plane, ce plan reste fixe dans l'espace  ( ou du moins reste parallèle à lui même au cours de la propagation de l'onde électromagnétique.


2) Lorsqu'une onde est polarisée circulaire, le vecteur E décrit au cours de la propagation une rotation  uniforme autours de l'axe de propagation; dans ce cas sa longueur reste constante tout en tournant.



3) Lorsqu'une onde est polarisée elliptique, non seulement le vecteur E décrit une rotation autour  de l'axe de propagation, mais il subit en plus une variation de longueur.


En général, en optique, on ne s'occupe que du vecteur E, mais on peut très bien aussi s'intéresser au vecteur champ  magnétique B ( en tesla ). dans les trois cas précédent, il suit en général la même évolution en restant perpendiculaire à E (sauf dans le cas de milieux de propagation cristallins non linéaires ou la loi E = zH n'est pas isotrope dans le cristal).


Afin de décrire les phénomènes de polarisation il est nécessaire de construire le vecteur E à partir de deux composantes orthogonales situées dans le même plan que lui et parpendiculaires à l'axe de propagation.

On écrit : E₁ = E₀₁ cos ( wt)  E₂ = E_O2cos (wt + phi )

phi est le déphasage retard de E₂ par rapport à E₁ au cours de la propagation.

Voyons les 3 cas possibles de la polarisation déjà présentés plus haut.

--> si phi = 0 ou pi rad  alors E₁ et E₂ sont en phase  et E = E₁ + E₂ garde une orientation spatiale constante

et sa longueur E = rac ( E₁² + E₂²) est constante   il s'agit du cas onde plane évoqué en 1)

--> si phi = pi/2 rad  et E₀₁ = E₀₂ = E₀  on peut alors écrire E₂ = E₀sin(wt)

A chaque instant l'extrémité de E va donc suivre un mouvement résultant de deux vibrations en quadrature.

Cette résultante est un cercle de rayon E_O dont l'axe est confondu à l'axe de propagation de l'onde.

--> si phi est tout sauf 0 pi ou pi/2 et 3pi/2 ( à 2kpi près bien sûr) la résultante du mouvement des deux composantes suit une ellipse.

Afin de comprendre "visuellement ce phénomène et ses variations selon les valeurs de E01, E02, phi je vous invite à vous rendre sur le site suivant: site de François-Vandenbrouck, professeur de physique à l'url suivante:

http://www.f-vandenbrouck.org/polarisation.html

Vous aurez de nombreuses possibilités de représentation des ondes dans chacune des situations de polarisation.

Bonne initiation !  nous approndirons cette question en cours avec l'étude des lames biréfringentes.

cours  lundi 12:      correction de la composition


TP:   présentation des 6 TP tournants

ordre des TP:

fibre optique

spectro gonio réseau

spectrogonio prisme

polarisation

diffraction

interféromètre de Michelson

répartition des binômes :

G.Barruel  N.Vandermeersch

A.Roy F. Barbanson

M.Melle  B.Vieillard

A.Hubert V.Coudray

J.Py B.Ruhlmann

M.Bekker J.Mouniqua


organisation bihebdomadaire ( 2x4h) 

organisation de chaque séance:

séance 1:  1h30 de préparation   interrogation orale   montages et essais 

séance 2:  mesures et rédaction du compte rendu

Ex1 : réseau

Un opticien souhaite réaliser un spectre normal sur la raie verte du mercure λ = 546 nm avec un réseau de N = 15000 LPI ( line par inch  1’’= 25,4 mm)
-    quel est l’ordre maximal que pourra choisir le manipulateur.
-    pour p = 2 étudier la loi i’ = f (λ) de ce spectre
-    calculer la position de la raie 589 nm du Sodium qui sera observée sur ce spectre


Ex 2 : réseau

Le recouvrement spectral est un phénomène gênant la lisibilité des spectres fournis par un réseau : des raies du spectre d’ordre p apparaissent dans le spectre d’ordre p+1.

Soit un réseau de N = 2000 traits /mm utilisé à l’incidence normale.

-    montrer que la raie de longueur d’onde λ émerge sous l’angle i’ tel que :

                   sin i’ = 2pλ_micromètre  

Soient deux raies spectrales λ₁ et λ₂ telles que λ₁ > λ₂

-    établir une condition dite de recouvrement des spectres telle que la raie 1 de l’ordre p dépasse la raie 2 dans le spectre d’ordre p+1

                   A.N. : raie 1 : 0,6μm  raie 2 : 0,4μm 

-   établir l’ordre du spectre du premier recouvrement.

 Ex 3 : Fabry-Pérot

Un interféromètre de Fabry-Pérot à lame d’air est qualifié 20 000 franges 589 nm

-    quelle est la distance maximale eM d’écartement ( ou épaisseur) entre les deux miroirs  permettant  l’observation des franges ?

-    calculer l’épaisseur eo de l’anneau central  d’ordre p  observé pour la raie verte du mercure 546 nm   A.N./  p = 100

-    calculer pour cette même épaisseur e₀  l’angle d’émergence i₉₉ de l’anneau p = 99

On projette la figure d’interférence sur un écran à l’aide d’une lentille V = 3 dioptries

      - calculer le rayon de l'anneau projeté d'ordre p = 99