Polariseur 535027 30963539 2008-06-24T14:32:49Z Mistoufledariege 417312 /* Polariseurs par séparation de faisceau */ {| class="wikitable droite" |- |align="center"|[[Image:Polariseur1.JPG|100px]] |align="center"|[[Image:Polariseur2.JPG|100px]] |align="center"|[[Image:Polariseur3.JPG|100px]] |align="center"|[[Image:Polariseur4.JPG|100px]] |align="center"|[[Image:Polariseur5.JPG|100px]] |- |colspan=5|<small>Observation de l'effet d'un ''polariseur par absorption'' sur une lumière polarisée provenant d'un [[Moniteur d'ordinateur|écran plat d'ordinateur]].</small> |} Un '''polariseur''' est un outil qui convertit la [[Polarisation (optique)|polarisation]] d'une [[onde lumineuse]] en un certain ''état de polarisation'' : la plupart des polariseurs permettent d'obtenir une [[lumière]] polarisée ''rectilignement'' dans une certaine direction. Dans ce cas, cette direction est appelée l''''axe du polariseur'''. Les polariseurs sont présents dans de nombreuses expériences d'[[optique]] et sont donc utilisés dans des instruments d'optique. Ils sont également utiles en [[photographie]]. Deux catégories de polariseurs existent : * les '''polariseurs par absorption''', qui absorbent les états de polarisation non désirés, * les '''polariseurs par séparation de faisceau''', qui séparent le faisceau lumineux en deux faisceaux de polarisations différentes. Le mot ''polariseur'' est utilisé, la plupart du temps, pour désigner ceux de la première catégorie, qui sont les plus courants et les plus pratiques d'utilisation. == Polariseurs par absorption == [[Image:wire-grid-polarizer.svg|right|thumb|350px|Un polariseur en grille métallique convertit un faisceau présentant plusieurs [[polarisation (optique)|polarisation]]s en un faisceau polarisé rectilignement.]] Le plus simple polariseur est la ''grille métallique'', constituée de longs fils de [[métal]] parallèles. Les ondes [[électromagnétique]]s qui peuvent passer sont celles dont le [[champ électrique]] est perpendiculaire aux fils métalliques. En effet, pour les champs électriques présentant une orientation différente, les [[électron]]s du métal sont susceptibles d'[[oscillation|osciller]] (comme lors de la [[Réflexion optique|réflexion]] d'une onde lumineuse sur un métal) : les ondes sont réfléchies et donc ne passent pas. Ainsi, ce polariseur permet d'obtenir une ''onde polarisée rectilignement'' perpendiculairement aux fils métalliques. Cependant, ce résultat n'est valable que pour des ondes dont la [[longueur d'onde]] est grande devant l'écartement entre les fils, c'est-à-dire pour les [[micro-onde]]s. Il est possible de réduire cet écartement grâce à des techniques avancées de [[lithographie]], mais on préfère généralement utiliser d'autres types de polariseurs si l'on se sert de lumière de longueur d'onde plus courte.<br> Certains [[cristal|cristaux]] présentent un ''[[dichroïsme]]'', c'est-à-dire une absorption de la lumière différente selon sa polarisation. Ils peuvent donc être utilisés comme polariseurs. Le cristal de ce type le plus connu est la [[tourmaline]], mais on l'utilise rarement car son dichroïsme dépend trop fortement de la longueur d'onde : il apparaît alors coloré. L'[[Herapathite]] est dichroïque et moins fortement colorée, mais plus difficile à produire en cristaux de grande taille. Le film [[Polaroïd]] était, dans sa version originale, un arrangement de nombreux cristaux d'herapathite. Sa version suivante ''feuille H'' ressemble plutôt au polariseur en grille métallique. Elle est faite de [[Matière plastique|plastique]] d'[[alcool polyvinylique]] (PVA) dopé à l'[[iode]]. Le PVA étant une longue [[molécule]], l'étirement de la ''feuille'' permet de l'aligner dans une direction particulière. Son fonctionnement est alors analogue à la grille métallique décrite plus haut. Cette matière pratique à utiliser, peu fragile, peu chère et relativement facile à produire, est le type de polariseur le plus largement répandu. On le retrouve en [[photographie]], dans l'[[Écran à cristaux liquides|affichage à cristaux liquides]], ainsi que dans certaines [[lunettes de soleil]]. Un polariseur moderne important est le ''Polarcor'', fabriqué par ''[[Corning Incorporated]]''. Ce matériau est un [[verre]] contenant des particules d'argent élonguées dans un film près de sa surface. Il est plus durable et polarise mieux la lumère que le Polaroïd, avec une faible absorption pour la lumière correctement polarisée. Il est largement utilisé dans les [[télécommunication]]s par [[fibre optique]]. == Polariseurs par séparation de faisceau == [[Image:Brewster-polarizer.svg|right|thumb|350px|Une série de lames placées à l'[[angle de Brewster]] par rapport à un faisceau non-polarisé (''unpolarized''). Chaque lame réfléchit une fraction de la lumière polarisée ''s'' (''s-polarized'') et laisse passer la lumière polarisée ''p'' (''p-polarized'').]] Les polariseurs par [[Miroir semi-réfléchissant|séparation de faisceau]] séparent le faisceau incident en deux faisceaux de polarisations différentes (la plupart du temps, ces polarisations sont ''rectilignes'' et perpendiculaires entre elles). Ils absorbent très peu la lumière, ce qui en fait un avantage par rapport aux polariseurs par absorption. Ils sont aussi utiles dans le cas où les deux faisceaux séparés sont nécessaires. La façon la plus simple d'en réaliser consiste en une série de lames de verres orientées à l'[[angle de Brewster]] par rapport au faisceau. A cet angle, valant environ 57° pour le verre, la lumière ''polarisée p'' (c'est-à-dire parallèlement au [[plan d'incidence]], vient de ''paralleler'', ''parallèle'' en allemand) n'est pas réfléchie par le verre et 84% de la lumière ''polarisée s'' (perpendiculairement au plan d'incidence, vient de ''senkrecht'', ''perpendiculaire'' en allemand) est transmise (16% est réfléchie). Chaque lame de verre réfléchit deux fois la lumière (à l'entrée et à la sortie). Certains polariseurs exploitent la [[biréfringence]] de certains matériaux comme le [[Quartz (minéral)|quartz]], la [[calcite]] et le [[spath d'Islande]]. Ces cristaux ont la particularité de diviser un faisceau non polarisé en deux faisceaux polarisés différemment : il existe deux angles de [[réfraction]], d'où le terme de ''biréfringence''. On parle alors d'un ''rayon ordinaire'' noté ''o'' et d'un ''rayon extraordinaire'' noté ''e'' (en général, ces deux rayons ne sont pas polarisés rectilignement). *Un des premiers polariseurs de ce type était le [[prisme de Nicol]] constitué d'un cristal de [[calcite]] coupé en deux puis recollé avec du [[baume du Canada]]. Le cristal est taillé de façon à ce que les rayons ''o'' et ''e'' soient de polarisations rectilignes orthogonales entre elles. Le rayon ''o'' subit une [[réflexion totale]] à l'interface entre les deux morceaux de calcite. Le rayon ''e'' ressort de l'autre côté du prisme parallèlement à sa direction initiale. Ce [[Prisme (optique)|prisme]] produit une polarisation de très haute qualité et a été largement utilisé en [[microscopie]] bien qu'il ait été remplacé, dans les applications modernes, par d'autres outils comme le [[prisme de Glan-Thompson]] (''voir aussi'' : [[prisme de Glan-Foucault]] et [[prisme de Glan-Taylor]]). *Le [[prisme de Wollaston]] utilise aussi les propriétés de biréfringence de la calcite et crée deux faisceaux faiblement divergents de polarisations orthogonales entre elles. On trouve d'autres prismes similaires comme le [[prisme de Rochon]] et le [[prisme de Sénarmont]]. En recouvrant une lame de verre avec une couche fine spéciale, les [[interférence]]s à l'intérieur de la couche permettent d'obtenir un polariseur par séparation de faiceau. == Loi de Malus et autres propriétés == Considérons une onde polarisée rectilignement arrivant sur un polariseur parfait et dont la polarisation fait un angle <math>\theta</math> avec l'axe de ce polariseur. La [[loi de Malus]], du nom d'[[Étienne Louis Malus]], donne la fraction de l'[[intensité lumineuse|intensité]] de cette onde passant à travers le polariseur. En notant <math>I_0</math> l'intensité de l'onde incidente et <math>I</math> l'intensité de l'onde transmise, la '''loi de Malus''' s'écrit :<math> I = I_0 \cos^2 \theta\,</math>. Par exemple, une lumière non-polarisée comme celle du [[soleil]] ou des lampes habituelles verra son intensité diminuée de moitié. En effet, une lumière non-polarisée est constituée en réalité de toutes les directions de polarisation possible. Il faut dont prendre la moyenne de la loi de Malus, c'est-à-dire :<math> I = \frac{I_0}{2}</math>. En pratique on n'obtient pas 50% de transmission car les polariseurs ne sont pas parfaits : les Polaroïds transmettent 38% du rayonnement incident et certains prismes biréfringents en transmettent 49.9%. De plus, les polariseurs laissent passer un peu de lumière de polarisation ''non désirée'' : le rapport entre l'intensité de la composante ''non-désirée'' et l'intensité de la composante correcte varie de 1/500 pour le Polaroïd à 1/1000000 pour le [[prisme de Glan-Taylor]]. == Utilisations == Les polariseurs ont de nombreuses applications en [[optique]], en voici quelques-unes : * En plaçant deux polariseurs sur le trajet d'une lumière quelconque, la loi de Malus montre qu'en contrôlant l'angle entre leurs axes, on peut ajuster l'intensité lumineuse qui sort. * Les [[Domaine de Weiss|domaines de Weiss]] dans un matériau [[paramagnétique]] peuvent être visualisés à l'aide d'un polariseur. * On peut faire [[interférence|interférer]] les deux rayons issus d'un [[prisme de Wollaston]] grâce à un polariseur. Ceci sert, en [[interférométrie]], à visualiser des faibles variations d'[[indice optique]]. ==Références== *Collett, Edward. ''Field Guide to Polarization'', SPIE Field Guides vol. '''FG05''', SPIE (2005) ISBN 0819458686. *Hecht, Eugene. ''Optics'', 2nd ed., Addison Wesley (1990) ISBN 0-201-11609-X. Chapter 8. *Kliger, David S. ''Polarized Light in Optics and Spectroscopy'', Academic Press (1990) ISBN 0124149758 ==Voir aussi== *[[Filtre (optique)]] {{Portail physique}} [[Catégorie:Optique ondulatoire]] [[Catégorie:Instrument optique]] [[cs:Polarizační filtr]] [[de:Polarisationsfilter]] [[en:Polarizer]] [[es:Filtro polarizador]] [[it:Polarizzatore]] [[ko:편광자]] [[nl:Polarisatiefilter]] [[pl:Polaryzator]] [[ru:Поляризатор]] [[sk:Polarizátor]]