Qu'est-ce que la polarisation de la lumière et son application pratique

La lumière polarisée diffère de la lumière standard dans sa propagation. Il a été découvert il y a assez longtemps et est utilisé à la fois pour des expériences physiques et dans la vie quotidienne pour effectuer certaines mesures. Comprendre le phénomène de la polarisation n'est pas difficile, cela permet de comprendre le fonctionnement de certains appareils et pourquoi la lumière ne se propage pas comme elle le fait normalement dans certaines conditions.

Comparez une photo avec et sans filtre polarisant, dans ce dernier cas il n'y a pratiquement pas de reflets.

Qu'est-ce que la polarisation de la lumière ?

La polarisation de la lumière prouve que la lumière est une onde transversale. Autrement dit, nous parlons de la polarisation des ondes électromagnétiques en général, et la lumière est l'une des variétés dont les propriétés obéissent à des règles générales.

La polarisation est la propriété des ondes transversales dont le vecteur d'oscillation est toujours perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière ou d'autre chose. En d'autres termes, si vous isolez des rayons de lumière ayant le même vecteur de polarisation, il s'agit du phénomène de polarisation.

Le plus souvent, nous voyons de la lumière non polarisée autour de nous, car elle possède un vecteur d'intensité qui se déplace dans toutes les directions possibles. Pour le rendre polarisé, on le fait passer dans un milieu anisotrope, qui coupe toutes les vibrations pour n'en laisser qu'une seule.

Une comparaison entre la lumière ordinaire et la lumière polarisée.

Qui a découvert le phénomène et ce qu'il prouve

Le concept en question a été utilisé pour la première fois par le célèbre scientifique britannique И. Newton en 1706.. Mais c'est un autre chercheur qui a expliqué sa nature. James Maxwell.. À l'époque, la nature des ondes lumineuses n'était pas connue, mais au fur et à mesure que les faits et les résultats de diverses expériences s'accumulaient, de plus en plus de preuves de la nature transversale des ondes électromagnétiques sont apparues.

Le premier à faire des expériences dans ce domaine fut l'explorateur néerlandais Huygens, en 1690.. Il a fait passer la lumière à travers une plaque de sparring islandais et a ainsi découvert l'anisotropie transversale du faisceau.

La première preuve de la polarisation de la lumière en physique a été obtenue par le chercheur français Э. Malus. Il a utilisé deux plaques de tourmaline et a fini par obtenir la loi qui porte son nom. Grâce à de nombreuses expériences, la nature transversale des ondes lumineuses a été prouvée, ce qui a permis d'expliquer leur nature et leurs caractéristiques de propagation.

D'où vient la polarisation de la lumière et comment l'obtenir soi-même

La plupart de la lumière que nous voyons n'est pas polarisée. Soleil, lumière artificielle - Un flux de lumière dont le vecteur oscille dans différentes directions se propage dans toutes les directions sans aucune limitation.

La lumière polarisée apparaît après avoir traversé un milieu anisotrope, qui peut avoir des propriétés différentes. Ce support supprime la plupart des vibrations, n'en laissant qu'une seule, qui procure l'effet désiré.

Le polariseur le plus courant est le cristal. Si, dans le passé, on utilisait surtout des matériaux naturels (par exemple, la tourmaline), il existe aujourd'hui de nombreuses options artificielles.

La lumière polarisée peut également être produite par réflexion sur tout diélectrique. L'idée est que lorsque la lumière frappe flux de lumière à la jonction des deux milieux, il est réfracté. On peut facilement s'en rendre compte en plaçant un crayon ou un tube dans un verre d'eau.

Ce principe est utilisé dans les microscopes à polarisation.

Dans le phénomène de réfraction de la lumière, une partie des rayons est polarisée. L'ampleur de cet effet dépend de la position source de lumière et l'angle d'incidence de la lumière par rapport au lieu de réfraction.

Quant à la méthode de production de la lumière polarisée, l'une des trois variantes est utilisée, quelles que soient les conditions :

1. Prisme de Nicolas. Nommé d'après l'explorateur écossais Nicolas William, qui l'a inventé en 1828. Il a expérimenté pendant longtemps et, après 11 ans, il a pu produire un appareil fini, qui est toujours utilisé aujourd'hui, sans modification.
2. Réflexion sur un diélectrique. Dans ce cas, il est très important de trouver l'angle d'incidence optimal et de prendre en compte le degré d'ouverture de l'œil. de réfraction (Plus la différence de transmittance entre les deux milieux est grande, plus les rayons sont réfractés).
3. Utilisation d'un milieu anisotrope. Les cristaux aux propriétés appropriées sont le plus souvent sélectionnés à cette fin. Si un flux lumineux est dirigé vers eux, une séparation parallèle peut être observée à la sortie.

Polarisation de la lumière par réflexion et réfraction à l'interface de deux diélectriques

Ce phénomène optique a été découvert par le physicien écossais par David Brewster en 1815.. La loi qu'il a dérivée montre la corrélation des indices de deux diélectriques à un certain angle d'incidence de la lumière. Si les conditions sont réunies, les rayons réfléchis par la jonction des deux milieux seront polarisés dans le plan perpendiculaire à l'angle d'incidence.

Une illustration de la loi de Brewster.

Le chercheur a constaté que le faisceau réfracté est également partiellement polarisé dans le plan d'incidence. Celle-ci ne reflète pas toute la lumière, une partie s'échappe dans le faisceau réfracté. L'angle de Brewster est l'angle auquel lumière réfléchie est entièrement polarisé. Les rayons réfléchis et réfractés sont perpendiculaires les uns aux autres.

Pour comprendre la raison de ce phénomène, il faut savoir ce qui suit :

1. Dans toute onde électromagnétique, l'oscillation du champ électrique est toujours perpendiculaire à la direction de son mouvement.
2. Le processus est divisé en deux étapes. Dans la première, l'onde incidente provoque une perturbation des molécules diélectriques, et dans la seconde, il y a des ondes réfractées et réfléchies.

Si nous utilisons dans l'expérience une seule plaque de quartz ou d'un autre minéral approprié, l'intensité de la lumière polarisée dans le plan sera faible (de l'ordre de 4% de l'intensité totale). Mais si vous utilisez une pile de plaques, vous pouvez obtenir une augmentation significative des performances.

D'ailleurs ! La loi de Brewster peut également être dérivée en utilisant les formules de Fresnel.

Polarisation de la lumière par un cristal

Les diélectriques conventionnels sont anisotropes et les caractéristiques de la lumière qui les frappe dépendent principalement de l'angle d'incidence. Les cristaux ont des propriétés différentes. Lorsque la lumière les frappe, on peut observer un effet biréfringent. Cela se manifeste de la manière suivante : deux faisceaux réfractés se forment lorsqu'ils traversent la structure ; ils vont dans des directions différentes et leurs vitesses sont également différentes.

Les cristaux à axe unique sont le plus souvent utilisés dans les expériences. L'un des faisceaux de réfraction obéit aux lois standard et est appelé ordinaire. Le second faisceau est formé différemment, il est dit extraordinaire, car les particularités de sa réfraction ne correspondent pas aux canons habituels.

C'est ce à quoi ressemble la double réfraction dans le diagramme.

Si vous faites tourner le cristal, le faisceau ordinaire restera inchangé et le faisceau extraordinaire se déplacera autour de la circonférence. La calcite ou le feldspath islandais sont le plus souvent utilisés dans les expériences, car ils sont bien adaptés à la recherche.

D'ailleurs ! Si vous regardez votre environnement à travers un cristal, les contours de tous les objets se bifurquent.

Basé sur des expériences avec des cristaux Etienne Louis Malus a formulé une loi en 1810 en 1810, qui porte son nom. Il en a déduit une dépendance claire de la lumière polarisée linéairement après son passage à travers un polariseur constitué de cristaux. L'intensité du faisceau après avoir traversé le cristal diminue proportionnellement au carré du cosinus de l'angle formé entre le plan de polarisation du faisceau entrant et le filtre.

Leçon vidéo : polarisation de la lumière, physique de 11e année.

Applications pratiques de la polarisation de la lumière

Le phénomène en question est utilisé dans la vie quotidienne beaucoup plus souvent qu'il n'y paraît. La connaissance des lois de la propagation des ondes électromagnétiques a aidé à la création de divers équipements. Les principales options sont les suivantes :

1. Les filtres polarisants spéciaux pour appareils photo vous permettent d'éliminer les reflets lorsque vous prenez des photos.
2. Les lunettes ayant cet effet sont souvent utilisées par les conducteurs, car elles suppriment l'éblouissement des phares des véhicules qui arrivent en sens inverse. Ainsi, même les feux de route ne peuvent pas éblouir le conducteur, ce qui renforce la sécurité.
   L'absence d'éblouissement est due à l'effet de polarisation.
3. Les équipements utilisés en géophysique permettent d'étudier les propriétés des masses nuageuses. Il est également utilisé pour étudier les schémas de polarisation de la lumière solaire lorsqu'elle traverse les nuages.
4. Un équipement spécial qui prend des photos des nébuleuses cosmiques en lumière polarisée permet d'étudier les particularités des champs magnétiques qui s'y forment.
5. En ingénierie mécanique, on utilise la méthode dite photoélastique. Il peut être utilisé pour identifier clairement les contraintes qui se produisent dans les composants et les assemblages.
6. L'équipement est utilisé dans les productions théâtrales ainsi que dans les décors de concert. Une autre application est celle des vitrines et des stands d'exposition.
7. Appareils qui déterminent le taux de glycémie d'une personne. Ils fonctionnent en déterminant l'angle de rotation du plan de polarisation.
8. De nombreuses entreprises de l'industrie alimentaire utilisent des équipements capables de déterminer la concentration de telle ou telle solution. Il existe également des appareils capables de contrôler les protéines, les sucres et les acides organiques par l'application des propriétés de polarisation.
9. La cinématographie en 3D fonctionne précisément grâce à l'utilisation du phénomène évoqué dans cet article.

D'ailleurs ! Les moniteurs à cristaux liquides et les téléviseurs bien connus fonctionnent également sur la base d'un flux polarisé.

La connaissance des caractéristiques de base de la polarisation permet d'expliquer de nombreux effets observés dans le monde entier. C'est aussi un phénomène largement utilisé dans les domaines de la science, de la technologie, de la médecine, de la photographie, du cinéma et bien d'autres encore.