Polariseur - Définition

Loi de Malus et autres propriétés

Considérons une onde polarisée rectilignement arrivant sur un polariseur parfait et dont la polarisation fait un angle θ avec l'axe de ce polariseur. La loi de Malus, du nom d'Étienne Louis Malus, donne la fraction de l'intensité de cette onde passant à travers le polariseur. En notant I₀ l'intensité de l'onde incidente et I l'intensité de l'onde transmise, la loi de Malus s'écrit

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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

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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.

Polariseurs par séparation de faisceau

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 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, 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 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 interférences à l'intérieur de la couche permettent d'obtenir un polariseur par séparation de faisceau.