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Auteur(s)
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Michel HENRY : Agrégé de Physique - Docteur ès Sciences - Maître de Conférences à l’Université Pierre et Marie Curie
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Lire l’articleINTRODUCTION
La découverte de l’activité optique naturelle dans le quartz par Arago en 1811, puis dans l’essence de térébenthine et diverses solutions de sucre par Biot en 1817, ouvrit un large champ d’investigations aux physiciens et surtout aux chimistes : pour la première fois, ils disposaient d’une sonde permettant d’agir au niveau moléculaire.
Plus tard, en 1846, Faraday montra la possibilité de modifier l’activité optique par diverses actions, en particulier celle d’un champ magnétique.
Comme la biréfringence naturelle, mais dans un domaine différent, l’activité optique est essentiellement liée à l’état de polarisation de la lumière, c’est-à-dire à l’orientation dans l’espace du champ électrique de l’onde lumineuse.
Pour décrire l’activité optique et comprendre comment il est possible d’en tirer des renseignements sur la structure moléculaire des composés actifs, nous devons nous fixer un modèle de la lumière. Nous reviendrons plus en détail 1 sur cette question, mais signalons dès à présent que nous utilisons le modèle de l’onde plane monochromatique ou, éventuellement, d’une superposition d’ondes planes.
Les mesures fournissent l’énergie transportée par l’onde, proportionnelle à la valeur moyenne du carré du champ électrique. Dans beaucoup de cas, cette donnée suffit, mais des renseignements complémentaires peuvent bien entendu être fournis par l’analyse de l’état de polarisation de la lumière 2.
Après avoir rappelé les caractéristiques essentielles de l’activité optique (§ 3, 4, 5 et 6), nous examinerons les méthodes de mesure 7, tant visuelles que photoélectriques, puis nous donnerons quelques indications sur les appareils actuellement disponibles 8 et les applications 9.
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- Version courante de déc. 2009 par Jean-Claude MAURIZOT
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Méthodes de mesure6. Biréfringences provoquées
La biréfringence, tant circulaire que linéaire, peut être directement liée à la structure du milieu, auquel cas elle est dite naturelle.
Il est aussi possible de l’induire dans un milieu normalement isotrope ou de modifier celle d’un milieu naturellement biréfringent, auquel cas elle est dite provoquée.
6.1 Biréfringence linéaire
Elle résulte soit de l’action d’une contrainte mécanique (effets élasto-optiques), soit de l’application d’un champ électrique (effets électro-optiques). Nous n’en donnons ici que les résultats essentiels, par souci de concision.
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Une lame isotrope soumise à une contrainte uniaxiale T acquiert une biréfringence Δn proportionnelle à cette contrainte :
où :
- a :
- est un paramètre caractéristique du matériau, dit constante optique.
Les lignes neutres de la lame sont l’une parallèle et l’autre perpendiculaire à T (figure 12).
Si la contrainte T varie, la biréfringence Δn varie. Il est ainsi possible de réaliser un modulateur élasto-optique : dans la plupart des cas, la contrainte résulte de la formation d’une onde stationnaire ultrasonore dans une lame de silice ou de verre 8.3.
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