Certains matériaux présentent des propriétés optiques qui varient selon la direction de propagation de la lumière.
Cette biréfringence provoque un décalage de phase entre deux composantes orthogonales du champ électrique, permettant ainsi de modifier l'état de polarisation.
Les lames biréfringentes, notamment les lames demi-onde et quart d'onde, sont des éléments clés dans de nombreux systèmes optiques conçus pour contrôler la polarisation.- décrire le principe physique de la biréfringence ;
- repérer les axes neutres d'une lame biréfringente ;
- réaliser une rotation de la direction de polarisation à l'aide d'une lame demi-onde ;
- transformer une polarisation rectiligne en polarisation circulaire et inversement ;
- utiliser un ellipsomètre pour caractériser un état de polarisation.
Principe de la biréfringence
La biréfringence est la propriété physique d'un matériau dans lequel la lumière se propage de façon anisotrope.
Lorsque la lumière arrive dans un cristal de Calcite, elle se sépare en 2 rayons qui se propagent à des vitesses différentes selon les 2 indices du milieu.
Cela explique pourquoi les lettres vues à travers le cristal sont doublées.
Les cristaux transparents et anisotropes tels que la calcite (`CaCO_3`) divisent un faisceau incident en deux faisceaux séparés de polarisations rectilignes orthogonales.
Le faisceau ordinaire (O) qui obéit aux lois de Descartes, l'autre faisceau (E) est qualifié d’extraordinaire
Lorsque la lumière arrive dans un cristal de Calcite, elle se sépare en 2 rayons qui se propagent à des vitesses différentes selon les 2 indices du milieu.
Cela explique pourquoi les lettres vues à travers le cristal sont doublées.
Les cristaux transparents et anisotropes tels que la calcite (`CaCO_3`) divisent un faisceau incident en deux faisceaux séparés de polarisations rectilignes orthogonales.
Le faisceau ordinaire (O) qui obéit aux lois de Descartes, l'autre faisceau (E) est qualifié d’extraordinaire
Module 4 - Polarisation / Biréfringence
Niveau d'apprentissage : 0
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Difficulté :
Isotrope ou anisotrope ?
Matériau anisotrope
Matériau isotrope
Placer tous les éléments dans les bons groupes par glisser-déposer ou clics successifs.
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Lame à retard de phase
Une lame à retard de phase est un cristal uniaxial biréfringent taillé en forme de lame à faces parallèles.
Cette lame possède deux directions propres de polarisation perpendiculaires dans le plan de la lame.
La lumière polarisée selon l’une de ces directions se propage avec une vitesse différente de la lumière polarisée dans l'autre direction. Ces axes sont :La différence de vitesse entraîne un retard et donc une différence de phase entre les deux composantes de polarisation.
Cette lame possède deux directions propres de polarisation perpendiculaires dans le plan de la lame.
La lumière polarisée selon l’une de ces directions se propage avec une vitesse différente de la lumière polarisée dans l'autre direction. Ces axes sont :
- Axe rapide : la direction associée à l’indice le plus faible (la lumière se propage plus vite).
- Axe lent : la direction associée à l’indice le plus élevé (la lumière se propage moins vite)
Si on envoie une lumière polarisée parallèle à un des axes lent ou rapide de la lame, il n’y a aucune modification de l’état de polarisation, en effet la lumière ressort simplement retardée (d’un même déphasage global). Ainsi les axes lent et rapide sont appellés les axes neutres.
Une lame à retard permet donc de retarder une de ces deux composantes par rapport à l'autre, c'est-à-dire de provoquer un déphasage. Ce déphasage pourra entraîner des modifications de la polarisation de l’onde incidente.
à retenir
La différence de phase induite dans une lame d’épaisseur `e` est égale à : `Deltapsi=(2pi)/lamda*abs(n_y-n_z)*e`
La différence de marche est égale : `delta=abs(n_y-n_z)*e`
La différence de phase induite dans une lame d’épaisseur `e` est égale à : `Deltapsi=(2pi)/lamda*abs(n_y-n_z)*e`
La différence de marche est égale : `delta=abs(n_y-n_z)*e`
- Au passage de la lame, les rayons (O) et (E) sont confondus par contre les vibrations ordinaires et extraordinaires ne se propagent pas à la même vitesse.
- Le retard dépend des deux indices de réfraction qui caractérisent le matériau utilisé, de l'épaisseur de la lame et de la longueur d'onde de l'onde lumineuse considérée