Polarisation de la lumière
La polarisation décrit l'orientation du champ électrique oscillant de la lumière, une conséquence de sa nature d'onde transversale, et trouve de nombreuses applications pratiques.
Definition
La propriété d'une onde électromagnétique transversale qui spécifie l'orientation et la rotation de son vecteur de champ électrique, allant des états linéaires aux états circulaires en passant par les états elliptiques.
Scope
Ce domaine aborde la nature vectorielle de la lumière : la direction dans laquelle son champ électrique oscille. Il couvre les états de polarisation linéaire, circulaire et elliptique, ainsi que leur description mathématique par les formalismes de Jones et de Stokes-Mueller ; la production et l'analyse de la lumière polarisée par des polariseurs et des lames d'onde ; l'interaction de la lumière polarisée avec des milieux anisotropes (biréfringents) et optiquement actifs ; ainsi que les changements de polarisation qui accompagnent la réflexion et la réfraction, tels que décrits par les équations de Fresnel. Il explique les phénomènes optiques qui dépendent de l'orientation du champ et est à la base d'une vaste gamme de dispositifs et de mesures.
Sub-topics
Core questions
- Que signifie pour la lumière d'être polarisée linéairement, circulairement ou elliptiquement ?
- Comment la lumière polarisée est-elle produite, transformée et analysée ?
- Comment les milieux anisotropes modifient-ils la polarisation de la lumière ?
- Comment la réflexion modifie-t-elle la polarisation de la lumière ?
Key concepts
- polarisation linéaire
- polarisation circulaire
- polarisation elliptique
- vecteur de Jones
- paramètres de Stokes
- biréfringence
- angle de Brewster
- activité optique
Key theories
- États de polarisation et le calcul de Jones
- Le champ électrique transversal de la lumière entièrement polarisée est décrit par un vecteur de Jones à deux composantes, et les éléments optiques agissent comme des matrices de Jones, offrant une algèbre compacte pour prédire la transformation de la polarisation.
- Description de la polarisation partielle selon Stokes-Mueller
- La lumière partiellement polarisée et non polarisée est décrite par quatre paramètres de Stokes mesurables, les éléments optiques étant représentés par des matrices de Mueller, étendant ainsi l'analyse de la polarisation aux situations incohérentes et dépolarisantes.
- Équations de Fresnel pour la réflexion
- Les amplitudes des ondes réfléchies et transmises dépendent de la polarisation et de l'angle d'incidence via les équations de Fresnel, prédisant des effets tels que l'angle de Brewster, où la lumière réfléchie est entièrement polarisée.
Clinical relevance
La polarisation est exploitée en microscopie à lumière polarisée pour l'identification de cristaux biréfringents tels que l'urate dans la goutte, en polarimétrie pour la mesure du glucose et d'autres solutés optiquement actifs, ainsi que dans les écrans à cristaux liquides et la tomographie par cohérence optique sensible à la polarisation des tissus.
History
Malus a découvert la polarisation de la lumière par réflexion en 1808, et Brewster a identifié l'angle auquel la lumière réfléchie est complètement polarisée. La théorie des ondes transversales de Fresnel dans les années 1820 a expliqué la polarisation et la biréfringence, tandis que Stokes a introduit ses paramètres en 1852 pour décrire la lumière partiellement polarisée.
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- Pourquoi les lunettes de soleil polarisantes peuvent-elles réduire l'éblouissement ?
- La lumière réfléchie par des surfaces horizontales telles que l'eau ou les routes est partiellement polarisée horizontalement ; les lunettes de soleil dotées d'un axe de transmission vertical bloquent une grande partie de cet éblouissement polarisé tout en laissant passer les autres lumières.
- La lumière ordinaire du soleil ou d'une lampe est-elle polarisée ?
- Non ; les sources thermiques émettent de la lumière avec des directions de champ rapidement variables et orientées aléatoirement, de sorte que la lumière est non polarisée tant qu'elle n'est pas filtrée, réfléchie ou diffusée d'une manière qui sélectionne une orientation particulière.