OPTIQUE CRISTALLINE Principes physiques
L'optique cristalline englobe, à l'heure actuelle, non seulement l'optique des cristaux, mais aussi celle des corps liquides, solides ou gazeux dont l'arrangement atomique présente une asymétrie.
On qualifie d'« isotrope » un corps qui a les mêmes propriétés dans toutes les directions. Dans les diélectriques, la permittivité ε est une constante, et l'induction électrique D est toujours parallèle à la direction du champ électrique appliqué E. Dans les corps que nous étudions, les forces de liaison entre les particules chargées dépendent de la direction du champ appliqué. La permittivité électrique n'est plus un scalaire, mais un tenseur (réel ou complexe). Le champ et l'induction électriques sont liés
par la relation fondamentale D = [ε] E.
Nous étudierons plus particulièrement deux propriétés fondamentales : la biréfringence rectiligne et le pouvoir rotatoire (ou biréfringence circulaire).
Dans une direction, à l'intérieur d'un corps doué de biréfringence rectiligne, peuvent se propager, sans déformation, mais avec des vitesses différentes, deux vibrations rectilignes dont les directions, perpendiculaires, sont complètement déterminées par les directions cristallographiques du milieu. Ces corps, dits « biréfringents », ne répondent pas aux lois classiques de la réfraction : un rayon incident donne naissance à deux rayons réfractés.
Les cristaux naturels sont souvent biréfringents, mais on peut faire apparaître des directions privilégiées dans des corps initialement isotropes sous l'action d'une contrainte mécanique (photo-élasticimétrie), d'un champ électrique (électro-optique) ou d'un champ magnétique (magnéto-optique).
Dans une direction, à l'intérieur d'un milieu doué de pouvoir rotatoire, peuvent se propager, sans déformation, mais avec des vitesses différentes, deux vibrations circulaires de sens contraire (d'où le nom de biréfringence circulaire). Lorsque ces vibrations circulaires ont même module, leur résultante est une vibration rectiligne qui tourne, au cours de la propagation, d'un angle proportionnel à l'épaisseur traversée. Cette propriété se rencontre dans de nombreux cristaux et aussi, contrairement à la biréfringence rectiligne naturelle, dans les corps non cristallisés liquides, solutions ou gaz. Le pouvoir rotatoire peut être naturel ou induit.
Biréfringence
Expérience fondamentale
Lois de la réfraction
Encyclopædia Universalis France
En 1669, E. Bartholin mit en évidence le phénomène de double réfraction. Une lame à faces parallèles, taillée dans de la calcite (spath d'Islande), suivant un plan de clivage, et éclairée, sous incidence normale, par un fin pinceau de lumière naturelle, transmet deux rayons : un rayon non réfracté, appelé ordinaire, et un rayon anormalement réfracté, appelé extraordinaire. Alors que la lumière incidente ne présente pas d'axe de symétrie (cf. lumière - Optique), les faisceaux transmis transportent des vibrations rectilignes dont les directions sont perpendiculaires (cf. infra, Polarisation rotatoire).
Tenseur permittivité
On montre que, dans les milieux présentant de la biréfringence, il existe un système d'axes orthonormés Ox, Oy, Oz, appelés axes principaux, tels que le tenseur permittivité [εr]a une forme diagonale (cf. cristaux-Cristallographie). Dans le cas particulier, très fréquent, des milieux uniaxes (que nous traiterons ici), deux permittivités principales sont égales :
Le champ électromagnétique a une symétrie axiale autour de Oz. Cette direction
privilégiée porte le nom d'axe optique A.
Équations de Maxwell
Considérons une onde harmonique plane Ω, de pulsation ω ; le champ électrique E, en un point M du milieu tel que OM = r, est de la forme :
E0→ étant le vecteur polarisation et k le vecteur d'onde, tel que :
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Écrit par
- Madeleine ROUSSEAU : Professeur à l'université de Rouen
Classification
Médias
Champ émis par une source thermique
Encyclopædia Universalis France
Lois de la réfraction
Encyclopædia Universalis France
Champ de l'onde ordinaire
Encyclopædia Universalis France
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