mise à jour : 15 juin 2020
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definitionPolariseurs

Auteur: Loïc Rossi
Illustration de la loi de Malus
Animation_polariseur.gif
Un polariseur (parfois appelé analyseur) devant une source polarisée linéairement . Selon l'angle que fait la direction du polariseur avec la polarisation de la lumière, le filtre laisse passer plus ou moins de lumière, conformément à la loi de Malus.
Crédit : Rogilbert

Un polariseur est un dispositif qui agit sur un faisceau de lumière incidente selon la polarisation de celui-ci. Il peut filtrer la lumière en ne laissant passer que certaines composantes de polarisation. Il peut aussi changer la polarisation d'un faisceau incident.

Les filtres polarisants

La plupart des polariseurs sont de simples filtres (la marque Polaroid en est un exemple connu), qui ne laisse passer la lumière polarisée que dans une direction particulière (on parle de direction ou d'axe du polariseur). Ainsi une lumière non-polarisée sera polarisée après avoir traversé un tel filtre. Une lumière polarisée ne sera totalement transmise que si la direction de polarisation incidente est la même que celle du filtre.

L'intensité transmise par un polariseur dépend des orientations du filtre et de l'onde incidente. Si on note theta l'angle entre la direction du filtre et la direction de polarisation de l'onde incidente et I_0 son intensité, on a après le polariseur une intensité I(theta) = I_0 * cos^2 *(theta), c'est la Loi de Malus. De fait, on retrouve qu'un polariseur dont la direction de polarisation est perpendiculaire à celle de la lumière incidente, il ne transmettra rien. De même, deux polariseurs de directions perpendiculaires (on dit qu'ils sont croisés) ne laissent pas passer la lumière: celle-ci est polarisée dans une direction par le premier polariseur, puis bloquée par le second, de direction perpendiculaire. Dans le cas d'une source non polarisée I(theta) = I_0/2.

Lames à retard

D'autres dispositifs optiques permettent de modifier la polarisation de la lumière. Les lames à retard sont utilisées à cet effet. On l'a vu précédemment, un faisceau polarisé peut être considéré comme étant la somme de deux composantes de polarisation orthogonales. Lors de la traversée d'une lame à retard, les propriétés de biréfringence de la lame vont faire qu'une des deux composantes est retardée par rapport à l'autre, ce qui va changer la polarisation en sortie. On dira que la lame a deux axes, un axe lent et un axe rapide.

Dans le cas d'une lame demi-onde, le déphasage entre les deux composantes est π (ou d'une demi-longueur d'onde, d'où son nom). De fait, si l'onde polarisée linéairement selon une direction faisant un angle θ avec l'axe rapide de la lame, elle ressortira avec une direction tournée d'un angle 2*theta. L'utilisation principale qui en est faite est de changer la direction de polarisation linéaire. Une onde polarisée avec un angle theta = 45° par rapport à l'axe rapide aura en sortie un angle theta = 90° avec l'axe rapide : les directions incidentes et émergentes sont donc croisées !

Lame à retard
/figures/polariseur_lame_quart-onde.png
De la lumière non polarisée passe dans un polariseur qui la polarise linéairement avant de passer à travers une lame quart d'onde qui la transforme en lumière polarisée circulaire gauche.
Crédit : Dave3457, domaine public, traduction Loïc Rossi

Dans le cas d'une lame quart d'onde, le déphasage vaut plusoumoins pi/2 (ou un quart de longueur d'onde). Une telle lame permet de transformer une polarisation linéaire en une polarisation elliptique ou circulaire, et inversement. En effet dans le cas linéaire, les deux composantes du champ électrique, parallèle et perpendiculaire à l'axe rapide sont de la forme E_parallel = a*cos(omega*t) et E_perp = b*cos(omega*t). Si on introduit un déphasage de +pi/2, les deux composantes deviendont E_parallel = a*cos(omega*t) et E_perp = b*cos(omega*t + pi/2) = - b*sin(omega*t), le vecteur du champ électrique va donc décrire une ellipse !

Attention ! Le fonctionnement des lames à retard dépend de la longueur d'onde !

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