Présentation
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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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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États de polarisation1. Onde lumineuse
Nous adoptons pour modèle de comportement de la lumière l’onde électromagnétique plane.
Les récepteurs étant sensibles au seul champ électrique, nous n’utilisons que ce vecteur pour caractériser l’onde lumineuse.
Nous rapportons l’espace à un trièdre trirectangle Oxyz et orientons, pour plus de simplicité, l’axe Oz parallèlement à la direction de propagation de l’onde lumineuse.
La propagation est caractérisée par le vecteur d’onde
dont le sens est celui de la propagation et dont le module a pour expression :
( 1 )
avec :
- n :
- indice de réfraction du milieu dans lequel se propage la lumière
- λ :
- longueur d’onde de la lumière dans le vide
- ν :
- fréquence de l’onde
- ω :
- sa pulsation
- c :
- vitesse de propagation de la lumière dans le vide.
Le champ électrique
étant transversal, ses seules composantes non nulles sont (figure 1) :
où ϕ x et ϕ y sont deux termes de phase et où Re désigne la partie réelle de la grandeur entre accolades.
Ci-dessus : Représentation du champ électrique
d’une onde électromagnétique...
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