4 MANIPULATION           Sommaire 

Inventaire du matériel (à vérifier en début et fin de manipulation )

1 Banc d'optique prismatique de longueur 2 m avec 10 cavaliers simples
1 Cavalier tournant gradué
1 Un projecteur avec lampe halogènes 100 Watts et condenseur
1 Alimentation continue 12V 8...9 A
1 Filtre Jaune (580 nm) sur son support
1 Polariseur tournant sur une monture graduée fixe 0...360°
1 Analyseur tournant sur une monture graduée fixe 0...360°
1 Ecran 300 x 300 mm
1 Lentille C = 8 dioptries ; f' = 12,5 cm sur son support
1 Compensateur de Babinet
1 Lame demi-onde avec monture tournante graduée
1 Lame quart-d'onde avec monture tournante graduée
2 Lames inconnues Lx montées en diapositives.
1 Un support pour diapositive avec monture tournante
1 Lentille f'=4,75m dont la face plane est utilisée comme surface réfléchissante pour l'évaluation de l'incidence de    Brewster.
1 Demi lame demi-onde avec monture pour l'analyseur à pénombre.

Collection & accessoires divers

2 Cristal de spath d'Islande
1 polariseur de Nicol
1 paire de lunettes polarisantes
1 module d'affichage à cristaux liquides

4.1 Evaluation de l'angle de Brewster

On travaille en lumière blanche. Placer le polariseur sur , la vibration transmise est horizontale.

La surface réfléchissante verticale est la face plane d'une lentille plan convexe de très grande distance focale. Elle est bloquée sur un cavalier support tournant de sorte que l'angle d'incidence puisse être lu directement sur la couronne graduée.

Une simple feuille de papier blanc tenue devant vous suffira pour visualiser le faisceau réfléchi. Pour une incidence comprise entre 50 et 60° vous devriez observer très nettement un minimum d'intensité de la lumière réfléchie.

Effectuez rapidement plusieurs mesures. Reportez sur la feuille de résultats la valeur moyenne obtenue, évaluez votre erreur puis calculez l'indice du verre de la lentille.

iB =...........+- et n = ............

avec i = iB , tournez le polariseur et vérifiez que l'intensité de la lumière réfléchie ne présente plus de minimum lorsque l'incidence varie, si .

Essayez la paire de lunettes polaroïd qui se trouve dans la boite des accessoires et vérifiez que celle-ci élimine les reflets sur les plans horizontaux lorsque l'incidence est proche de celle de Brewster.

4.2 Lames demi-onde et quart d'onde
On utilise le filtre jaune pour travailler en lumière quasi monochromatique. Réglez le condenseur pour obtenir un faisceau sensiblement parallèle. Evitez de focaliser le faisceau sur le filtre ou sur le polariseur.

  • Ajustez la position de la lentille pour projeter sur l'écran l'image de l'analyseur.
  • Placez le polariseur sur = 0° et tournez l'analyseur et ajustez si nécessaire son réglage pour l'obtenir effectivement l'extinction pour b= 90°.
4.2.1 Détermination des lignes neutres de la lame demi-onde
Placez la lame demi-onde entre polariseur et analyseur croisés (= 0°; =90°)
  • Orientez la lame pour rétablir l'extinction et notez sur votre feuille de résultats les valeurs lues sur la graduation :
  • Vérifiez que
  • Orientez la lame à et tournez l'analyseur dans un sens ou dans l'autre pour rétablir l'extinction notez sur votre feuille de résultats la valeur minimale de la rotation nécessaire. Commentez brièvement votre résultat.
Réglez de nouveau la lame sur et retirez la du banc avec son support.

4.2.2 Détermination des lignes neutres de la lame quart d'onde & réalisation d'un polariseur circulaire

  • Placez la lame quart d'onde entre polariseur et analyseur croisés (= 0°; =90°)
  • Orientez la lame pour rétablir l'extinction et notez sur votre feuille de résultats les valeurs lues sur la graduation : :
  • Vérifiez que
  • Orientez la lame à et vérifiez en tournant l'analyseur que l'intensité reste constante sur l'écran. Vous avez réalisé un polariseur circulaire.
Réglez de nouveau la lame sur et retirez la du banc avec son support .

4.3 Détermination de la différence de marche introduite par une lame biréfringente Lx avec le compensateur de Babinet.

On utilise le filtre jaune = 580 nm .

  • Placez le polariseur sur = 0°
  • Placez l'analyseur sur 90° pour obtenir l'extinction
  • Placez la lame inconnue L entre polariseur et analyseur et orientez celle-ci pour rétablir l'extinction. Vous avez une chance sur deux pour que son axe lent soit effectivement vertical. Retirez la lame L avec son cavalier sans toucher au réglage.
  • Placez le Babinet ( orienté à 45 ° de la position verticale ) et la lentille entre polariseur et analyseur. Ajustez la position de la lentille pour projeter sur l'écran l'image inversée de la fenêtre de sortie du compensateur.
  • Déterminez les deux orientations du Babinet pour lesquelles l'extinction est rétablie. On choisira pour la suite la
  • position proche de la verticale.Tournez le polariseur et l'analyseur de 45° dans le sens positif (=45° ;     =135°) . L'image de la fenêtre de la fenêtre de sortie du compensateur est représentée ci dessous.
  • Tournez le bouton moleté du babinet pour amener l'index au voisinage du zéro de la graduation en plaçant une frange sombre juste entre les traits repères. Faites ensuite défiler un maximum de franges entre les traits repères en utilisant toute la course disponible. En passant d'une frange à la suivante, la différence de marche au centre varie de
  • Notez le nombre ni d'interfranges et les indications correspondantes de la vis micrométrique . Répétez plusieurs fois la mesure. En déduire correspondant à un interfrange:
  • Retirez le filtre pour travailler en lumière blanche. Ramenez la frange centrale noire () entre les traits repères et notez la position correspondante .
  • Introduisez la lame L dont vous avez préalablement réglé la position des lignes neutres, entre le polariseur et le Babinet. La frange centrale sur l'image projetée sur l'écran est déplacée vers le haut ou vers le bas. Notez le sens du déplacement.
  • Tournez la vis micrométrique pour ramener la frange centrale entre les traits et notez l'indication correspondante de la vis micrométrique. Après quelques mesures successives en déduire:

                       

  • Retirez la lame Lx . Ramenez la frange centrale entre les traits et introduisez successivement la lame         ( ) puis la lame ( ) en notant à chaque fois le sens du déplacement de la frange centrale. Pour chacune des lames, mesurez et calculez la différence de marche introduite.

                                                                    
Les lames pour lesquelles le déplacement de la frange centrale s'est effectué vers le haut sur l'image projetée sur l'écran ont leur axe lent vertical. Pour les autres reprenez le réglage initial en lumière monochromatique à partir de l'opération a), ou en les tournant de 90° ().

Pour les lames et notez sur votre feuille de résultats les positions correspondant à un axe lent vertical:

Pour la lame Lx dont le support tournant ne comporte aucune graduation, indiquez simplement avec un petit dessin la position de la diapositive correspondant à un axe lent vertical:

4.4 Détermination de la différence de marche introduite par une lame biréfringente Lx par la méthode du quart d'onde.

4.4.1 Réalisation de l'analyseur à pénombre

On utilise le filtre jaune = 580 nm. Pré-réglage éventuel en lumière blanche.

  • Placez le polariseur sur et l'analyseur sur position proche de l'extinction: devrait convenir . Bloquez l'analyseur
  • Prenez dans boite des accessoires la demi lame et insérez la dans la monture de l'analyseur comme le montre la figure ci-dessus.
  • Ajustez la position de la lentille entre l'analyseur et l'écran pour projeter une image nette de la demi lame .
  • Tournez la demi lame dans la monture de l'analyseur pour obtenir une égalité des pénombres sur les deux plages de l'image projetée.
  • Débloquez l'analyseur et tournez l'ensemble analyseur demi lame de part et d'autre de la position . Si le passage de la demi plage sombre d'un coté à l'autre de l'image est brusque, l'analyseur à pénombre est correct sinon bloquez l'analyseur sur et essayez une autre position de la demi lame . Le deuxième essai devrait être concluant.
  • Ajustez l'analyseur à pénombre pour obtenir l'égalité des pénombres et placez la lame Lx dont vous avez orienté verticalement l'axe lent sur le banc. Ajustez légèrement l'orientation de la lame Lx pour rétablir l'égalité d'éclairement. Retirez ensuite la lame Lx avec son cavalier sans modifier son réglage
  • Tournez polariseur et analyseur de 45° dans le sens positif (=45° ;=131°)
  • Placez la lame dont vous avez orienté l'axe lent verticalement sur le banc.
  • Tournez celle-ci également dans le sens positif et ajustez son orientation pour rétablir l'égalité des pénombres.
  • Replacez la lame Lx sur le banc.
  • Tournez l'analyseur à pénombre dans le sens positif et déterminez la rotation qui rétablit l'égalité des pénombres. ( = angle lu - 131°)
  • Opérez de même dans le sens négatif et déterminez . Répétez plusieurs fois les mesures et reportez les valeurs obtenues sur votre feuille de résultats.

        On retiendra pour la valeur algébrique de celle qui correspond à une rotation inférieure à 90°:

En déduire le sens de rotation de la vibration elliptique issue de la lame Lx

Calculez la différence de marche introduite par la lame inconnue.


On déterminera la valeur de l'entier k en utilisant le résultat obtenu avec le compensateur de Babinet.
A titre de vérification reprenez le même protocole de mesure pour la lame et éventuellement pour une autre lame inconnue préparée par vous-même.

De nombreux films plastiques sont biréfringents tels la cellophane, les emballages de fleurs ou des paquets de cigarettes, le ruban adhésif transparent etc. Préparez votre diapositive en découpant un échantillon rectangulaire dont l'un des côtés sera parallèle à la direction de laminage. Nous espérons ainsi trouver deux lames qui soient respectivement demi-onde et quart-d'onde pour la longueur d'onde de la lumière émise par un laser hélium néon:
= 632,8 nm.

Rangez soigneusement le matériel en vérifiant que l'inventaire est bien complet et signalez toutes les anomalies observées


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