La polarisation de la lumière C'est le phénomène qui se produit lorsque l'onde électromagnétique qui constitue la lumière visible oscille dans une direction préférentielle. Une onde électromagnétique est composée d'une onde électrique et d'une onde magnétique, toutes deux transversales à la direction de propagation. L'oscillation magnétique est simultanée et inséparable de l'oscillation électrique et se produit dans des directions mutuellement orthogonales..
La lumière émise par la plupart des sources lumineuses, comme le Soleil ou une ampoule, est non polarisée, ce qui signifie que les deux composants: électrique et magnétique, oscillent dans toutes les directions possibles, bien que toujours perpendiculaires à la direction de propagation..
Mais lorsqu'il existe une direction d'oscillation préférentielle ou unique du composant électrique, on parle alors d'une onde électromagnétique polarisée. De plus, si la fréquence de l'oscillation est dans le spectre visible, on parle alors de lumière polarisée..
Ensuite, nous verrons les types de polarisation et les phénomènes physiques qui produisent la lumière polarisée..
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La polarisation linéaire se produit lorsque le plan d'oscillation du champ électrique de l'onde lumineuse a une seule direction, perpendiculaire à la direction de propagation. Ce plan est pris, par convention, comme le plan de polarisation.
Et la composante magnétique se comporte de la même manière: sa direction est perpendiculaire à la composante électrique de l'onde, elle est unique et elle est également perpendiculaire à la direction de propagation..
La figure du haut montre une onde polarisée linéairement. Dans le cas représenté, le vecteur champ électrique oscille parallèlement à l'axe X, tandis que le vecteur champ magnétique oscille simultanément au vecteur électrique, mais dans la direction Y. Les deux oscillations sont perpendiculaires à la direction Z de propagation..
Une polarisation linéaire oblique peut être obtenue à la suite de la superposition de deux ondes qui oscillent en phase et ont des plans de polarisation orthogonaux, comme le cas illustré dans la figure ci-dessous, où le plan d'oscillation du champ électrique dans l'onde lumineuse est représenté en bleu ..
Dans ce cas, l'amplitude des champs électriques et magnétiques de l'onde lumineuse a une amplitude constante, mais sa direction tourne à vitesse angulaire constante dans la direction transversale à la direction de propagation..
La figure du bas montre la rotation de l'amplitude du champ électrique (en rouge). Cette rotation résulte de la somme ou de la superposition de deux ondes de même amplitude et polarisées linéairement dans des plans orthogonaux, dont la différence de phase est de π / 2 radians. Ils sont représentés dans la figure ci-dessous comme des vagues bleues et vertes respectivement.
La façon d'écrire mathématiquement les composants X et Oui du champ électrique d'une onde avec polarisation circulaire droite, amplitude Eo et qui se propage dans la direction z c'est:
ET = (Ex je; Hey j; Ez k) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] je; Cos [(2π / λ) (c t - z) - π / 2] j; 0 k)
Au lieu de cela, une vague avec polarisation circulaire gauche amplitude Eo qui se propage dans la direction z est représenté par:
ET = (Ex je; Hey j; Ez k) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] je, Cos [(2π / λ) (c t - z) + π / 2] j, 0 k)
Notez que le signe est modifié par la différence de phase d'un quart d'onde du composant Oui, concernant le composant X.
Voilà pour le cas dextro-rotatoire Quoi gaucher, le vecteur champ magnétique B est lié au vecteur de champ électrique ET par produit vectoriel entre le vecteur unitaire dans le sens de propagation et ET, comprenant un facteur d'échelle égal à l'inverse de la vitesse de la lumière:
B = (1 / c) ou alorsz ｘ ET
La polarisation elliptique est similaire à la polarisation circulaire, à la différence que l'amplitude du champ tourne, décrivant une ellipse au lieu d'un cercle..
L'onde à polarisation elliptique est la superposition de deux ondes polarisées linéairement dans des plans perpendiculaires avec une avance ou un retard de π / 2 radians dans la phase de l'un par rapport à l'autre, mais avec en plus que l'amplitude du champ dans chacun des composants est différente.
Lorsqu'un faisceau lumineux non polarisé frappe une surface, par exemple du verre, ou la surface de l'eau, une partie de la lumière est réfléchie et une partie est transmise. La composante réfléchie est partiellement polarisée, sauf si l'incidence du faisceau est perpendiculaire à la surface.
Dans le cas particulier où l'angle du faisceau réfléchi forme un angle droit avec le faisceau transmis, la lumière réfléchie a une polarisation linéaire totale, dans la direction normale au plan d'incidence et parallèle à la surface réfléchissante. L'angle d'incidence qui produit la polarisation totale par réflexion est appelé Angle de Brewster.
Certains matériaux permettent la transmission sélective d'un certain plan de polarisation du composant électrique de l'onde lumineuse.
C'est la propriété utilisée pour la fabrication de filtres polarisants, dans lesquels un polymère à base d'iode est généralement utilisé, étiré à la limite et aligné en grille, compacté entre deux feuilles de verre..
Un tel agencement agit comme une grille conductrice qui "court-circuite" le composant électrique de l'onde le long des rainures, et permet aux composants transversaux de passer à travers le faisceau polymère. La lumière transmise est ainsi polarisée dans la direction transversale du striatum.
En plaçant un deuxième filtre polarisant (appelé analyseur) sur la lumière déjà polarisée, un effet obturateur peut être obtenu..
Lorsque l'orientation de l'analyseur coïncide avec le plan de polarisation de la lumière incidente, toute la lumière passe à travers, mais pour la direction orthogonale, la lumière est complètement éteinte.
Pour les positions intermédiaires, il y a passage partiel de la lumière, dont l'intensité varie en fonction de la Loi Malus:
I = Io Cosdeux(θ).
La lumière dans le vide, comme toutes les ondes électromagnétiques, se propage à une vitesse c d'environ 300 000 km / s. Mais dans un milieu translucide sa vitesse v c'est un peu moins. Le quotient entre c Oui v est appelé indice de réfraction du milieu translucide.
Dans certains cristaux, comme la calcite, l'indice de réfraction est différent pour chaque composant de polarisation. Pour cette raison, lorsqu'un faisceau lumineux traverse un verre à biréfringence, le faisceau est séparé en deux faisceaux à polarisation linéaire dans des directions orthogonales, comme vérifié avec un filtre polariseur-analyseur..
La lumière réfléchie par la surface de l'eau de mer ou du lac est partiellement polarisée. La lumière du ciel bleu, mais pas des nuages, est partiellement polarisée.
Certains insectes comme le scarabée Cetonia aurata réfléchit la lumière avec une polarisation circulaire. La figure ci-dessous montre ce phénomène intéressant, dans lequel la lumière réfléchie par le coléoptère peut être observée successivement sans filtre, avec un filtre polarisant droit puis avec un filtre polarisant gauche..
De plus, un miroir a été placé qui produit une image avec un état de polarisation inversé par rapport à celui de la lumière directement réfléchie par le coléoptère..
Les filtres polarisants sont utilisés en photographie pour éliminer l'éblouissement produit par la lumière réfléchie par des surfaces réfléchissantes telles que l'eau..
Ils sont également utilisés pour éliminer l'éblouissement produit par la lumière du ciel bleu partiellement polarisée, obtenant ainsi de meilleures photographies de contraste..
En chimie, ainsi que dans l'industrie alimentaire, un instrument appelé polarimètre, qui permet de mesurer la concentration de certaines substances qui en solution produisent une rotation de l'angle de polarisation.
Par exemple, grâce au passage de la lumière polarisée et à l'aide d'un polarimètre, la concentration en sucre dans les jus et les boissons peut être rapidement déterminée pour vérifier qu'elle est conforme aux normes du fabricant et aux contrôles sanitaires..
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