OPTIQUE CRISTALLINEPrincipes physiques
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Biréfringence
Expérience fondamentale
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).
Dessin
Le rayon ordinaire obéit aux lois classiques de la réfraction. Le rayon extraordinaire est anormalement dévié. Les faisceaux transmis sont polarisés rectilignement et à angle droit.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
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 :
Les équations de Maxwell (cf. infra) s'écrivent :
L'élimination de H entre (4) et (5) donne :
Après développement, on aboutit à l'équation fondamentale :
Surfaces des indices
Cherchons les vecteurs d'onde et les vecteurs polarisation associés à une direction de propagation normale donnée. L'axe Oz est obligatoirement parallèle à l'axe optique. Le choix de l'axe Ox est arbitraire, par suite de
la symétrie autour de A ; prenons-le, par exemple, dans le plan de section principale (P.S.P.) contenant l'axe optique et la normale à l'onde. On a :
Dessin
Le plan de section principale (P.S.P.) contient l'axe optique A⃗ et la direction de propagation normale N⃗. À la direction N⃗ correspondent les vitesses de phase v
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Compte tenu d [...]
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Écrit par :
- Madeleine ROUSSEAU : Professeur à l'université de Rouen
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Pour citer l’article
Madeleine ROUSSEAU, « OPTIQUE CRISTALLINE - Principes physiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 05 août 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-cristalline-principes-physiques/