Opt2-5 - Prismes de Nicol (polariseurs ou analyseurs)
Fonction
Produire de la lumière polarisée rectilignement à partir de la lumière naturelle (polariseur) ; ou repérer, par rotation ou observation d’un extremum d’intensité lumineuse, la direction de vibration de la lumière polarisée (analyseur).
Description et fonctionnement
Un cristal de spath d’Islande (carbonate de calcium) possède un axe de symétrie d’ordre 3 (axe du cristal) passant, par exemple, par un sommet A. Le plan contenant cet axe et la normale à une face passant par A est appelé pan principal. C’est ce plan que nous prenons pour plan de figure. Un faisceau parallèle de lumière naturelle tombant normalement à la face d’entrée AC donne deux faisceaux réfractés (fig. 1) : l’un n’est pas dévié : c’est le faisceau « ordinaire », l’autre l’est puis sort ayant subi une translation : c’est les faisceau « extraordinaire ». Ces deux faisceaux sont polarisés rectilignement : la vibration lumineuse est dans le plan principal pour le faisceau « extraordinaire », elle est normale à ce plan pour le faisceau « ordinaire ».
Un prisme polariseur est un cristal de spath que l’on divise en deux prismes (fig. 2) que l’on accole ensuite en interposant soit du baume du Canada (prisme de Nicol) soit une mince couche d’air (prisme de Foucault, fig. 3). Dans les deux cas, le faisceau ordinaire subit une réflexion totale sur la séparation des deux prismes et vient s’absorber sur la paroi latérale noircie du prisme d’entrée. L’ensemble des deux prismes transmet donc de la lumière polarisée : celle du faisceau extraordinaire. Il existe aussi d’autres façons de procéder (prismes de Glazebrook, prismes de Glan) reposant sur le même principe.
Histoire
Erasme Bartholin, danois (1625-1698), aurait été le premier à observer et à décrire la double réfraction produite par le spath d’Islande (1669)
C’est le Hollandais, Christian Huygens (1629-1695) qui en fournit l’explication ; dans la cadre de sa théorie ondulatoire de la lumière (« traité de lumière » 1690), il put donner une explication complète des phénomènes de réflexion, réfraction, double réfraction. Le physicien anglais William Nicol (1768 ?-1851) imagina la façon d’éliminer le faisceau ordinaire et inventa le « nicol » (1828).
Léon Foucault (1819-1868), célèbre par bien d’autres travaux plus importants (voir notices Eld4-7, Eld4-9, Opt1-3, Opt1-5), eut l’idée de remplacer le baume du Canada du nicol par de l’air. Cela permet d’avoir un polariseur plus court, donc de consommer moins de matière et d’absorber moins de lumière, mais le champ d’utilisation est plus réduit (il passe d’environ 29° à 8°).
