HAL Id: jpa-00233079
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Sur la biréfringence par compression de la silice
amorphe et du quartz cristallisé, et sa dispersion dans
l’ultra-violet
G. Bruhat, J. Thouvenin
To cite this version:
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
ET
LE RADIUM
SUR LA
BIRÉFRINGENCE
PAR COMPRESSION DE LA SILICE AMORPHE ET DUQUARTZ
CRISTALLISÉ,
ET SA DISPERSION DANSL’ULTRA-VIOLET
Par MM. G. BRUHAT et J. THOUVENIN.
(Laboratoire
dePhysique
de l’Ecole NormaleSupérieure.)
Sommaire. 2014 Nous étudions, dans cet article, la dispersion dans le spectre visible et dans l’ultra-violet de la biréfringence que prennent, quand on les comprime, la silice fondue et le quartz cristallisé. Nous avons étudié deux échantillons de silice fon-due et nous avons éliminé l’effet du pouvoir rotatoire du quartz cristallisé en
compri-mant ensemble un bloc droit et un bloc gauche.
Le domaine exploré s’étend de 03BB = 5 780 à 03BB = 2 500 Å pour les longueurs d’onde et de 30 kg à 200 kg/cm2 pour les pressions. La pression est fournie par un poids et un levier.
Les biréfringences sont mesurées par deux méthodes : 1° la méthode de Stokes; le
quart d’onde est formé de deux lames de quartz normal à l’axe droite et gauche qui sont accolées, l’ensemble est incliné sur le faisceau d’un angle i convenable ; 2° on cherche la pression nécessaire pour rendre la lame onde
ou 1/2
onde.Les pointés sont exécutés par la méthode photographique de Bruhat et Pauthenier. Sur les valeurs données nous admettons des erreurs relatives
du 1/100
Nous avons pu déterminer que tous les échantillons comprimés deviennent négatifs, c’est-à-dire que la vibration parallèle à la compression est avancée. Nous avons observé que, pour une longueur d’onde donnée, la biréfringence ~°
=360 (n02014ne) e/03BB
est proportion-nelle à la pression. Nous donnons le tableau et les courbes, en fonction de )., des coeffi-cients angulaires 03A6 degrés cm: kg des droites obtenues ainsi que des valeurs des retardsen brewsters. Les deux échantillons de silice fondue produisent des biréfringences
diffé-rant entre elles d’environ 5 pour 100 et supérieures d’environ 40 pour 100 à celles du
quartz cristallisé.
Nous comparons nos résultats avec ceux prévus par la formule de Havelock : celle-ci donne bien l’ordre de grandeur de la dispersion sans toutefois donner sa valeur avec une
approximation suffisante; les écarts atteignent 2 à 3 pour 100.
Nos résultats concordent avec ceux donnés par d’autres auteurs dans le visible.
SÉRIE VII.
- TOME III.1932.
N° 1..1. Introduction. -
Lorsqu’on
ferme un tubepolarimétrique
par desgalets
dequartz
à faces
parallèles, constitués,
soit par des lames dequartz
cristalliséperpendiculaires
àl’axe,
soit par des lames de silice fondue biendépourvue
debiréfringence,
ons’aperçoit
immédiatement que la moindre
pression
exercée sur l’un de cesgalets produit
unebiré-fringence parfaitement appréciable.
C’est là unphénomène
trèsgênant
pour les mesurespolarimétriques
deprécision;
il est encoreplus gênant
dans l’ultra-violet que dans lespectre visible,
puisque
labiréfringence
produite
par unepression
donnéeaugmente
quand
lalongueur
d’onde diminue.On ne trouve dans la littérature que peu d’indications sur la
grandeur
de cephéno-mène. Il n’a certainement
jamais
été étudié dans l’ultra-violet. Dans lespectre visible, il
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. - SÉRIEVII. - T. III. - N° 1. - JANVIER 1932. 1..
n’existait,
à notreconnaissance,
aucune mesure pour la silice fonduelorsque
nous avons commencé nosrecherches ;
une série de mesures a étépubliée
depuis
par Filon et Harris(1).
Pour lequartz
cristallisé les mesures lesplus importantes
sont cellesqui
ont étéfaites par Beaulard
(’2)
et parDongier (3).
Ces mesures ont montré que l’effet combiné de labiréfringence
et dupouvoir
rotatoirepeut
être correctementprévu
par la théorie deGouy,
et que la
biréfringence
est bienproportionnelle
à lapression. Dongier
n’a pas pu mettreen évidence des différences
appréciables
entre les différents échantillons dequartz
qu’il
aétudiés,
mais il conclut à l’existence delégères
variations de l’ordre de 1 à 2 pour 100sui-vant la direction de
compression.
Nous avons réalisé récemment un
quart
d’onderéglable
(~),
constitué par une doublelame de
quartz
perpendiculaire disposée obliquement
sur le faisceaulumineux, qui
permet
de faire des mesures debiréfringences
dans l’ultra violet. Il nous a paru intéressantd’utiliser cet
appareil
pour rechercher dansquelle proportion
labiréfringence
par compres-sionaugmente
dans l’ultra-violet et pour comparer, à cepoint
de vue, la silice fondue et lequartz
cristallisé.La
précision qu’il
permet
d’obtenir est certainement insuffisante pour la recherchedes faibles variations
signalées
parDongier,
etqui
nepourraient
être reconnues avecsûreté que par
l’emploi
d’uncompensateur
sans réflexions intérieures. Mais il nous a 1permis
néanmoins de mesurer, avec uneprécision
du 1
environ,
pour la silice fondue100
comme pour le
quartz
cristallisé,
ladispersion
du coefficient deproportionnalité
de labiré-fringence à
lacompression
dans l’ultra-violet. 2.Montage
polarimétrique.
- Lemontage
utilisé adéjà
été décrit dans un articleprécédent
(4).
Rappelons
brièvement dequoi
il se compose(Planche
1 etfigure
1).
. 4 1
Fig. i. -
Echelle 2ë
enlongueur; .
en hauteur.,
2°
Trou de sortie dumonochromateur (1),
construitpar Bruhat
etLegris
(5), de -
de10 min de
diamètre ;
2° .A.9 cm de ce trou une lentille
quartz-fluorine
(o =
i cm,f .- ~ cm)
en donnant uneimage
à(1) L.-N.-G. FïLON et I1 -C.
HARRis,
Proc. Roy. Soc. London. 130 A (1931), p. 410. (’) F. BEAULB.RD, Journal de Physique, 2 (1893), p. 459.(3) R. HONGIEIt, Ann. de Chirnie et de Phys., 14 (IS9S), p. 448.
(4) G. BRLlI.B.T et J. TiiOUVE-,NIrî, Revue
d’Optique,
11 (1932), p. 49. C) G. BRUHAT, Revued’Optique,
9(1930), p. 193.(*) Le monochromateur est éclairé par un brùleur à mercure Gallois, modèle spécial à grand éclat
3
3° Un
glazebrook polariseur,
collé à laglycérine,
porté
par un cercle divisédéfinis-1
sant l’azimut P de la vibration
qui
en sortau À
dedegré
près.
5U
4° La presse contenant le
quartz
(Îig. 2 ) ;
50 Le
système quart d’onde ;
6° Un
glazebrook
analyseur,
collé à laglycérine,
monté sur un cercle divisédéfinis-sant l’azimut ~4 de la vibration éteinte à une demi-minute
près ;
PLANCHE 1.
’1°
L’objectif quartz-fluorine
(o
= 1 cm,f = 6
cm),
donnant sur laplaque
photogra
phique
uneimage
dutrou de sortie dumonochromateur,
etpermettant
de faire les mesurespolarimétriques
par la méthode décrite par Bruhat et Pauthenier(6).
8° Un
microscope,
pour lespointés
en lumièrevisible,
mis aupoint
surl’image
objec-tive du trou de sortie du monochromateur. 3. La Presse
(fig. 2).
- Elle estanalogue
à celle dont s’est servi Boissier(’).
Ladis-1
Fig. 2. - Ecchelle
10.
10
tance de
l’axe du
roulement à billes au centre de la bille d’acierqui
transmet les forcesà une lame de laiton se
cléplacant
sans frottenlents dans uneglissière,
est de 5 cm. Le (6) G. et)I. Revue 6 (192-1), p. 163. 1poids,
reposant
sur le levier par l’intermédiaire d’un couteaud’acier,
estappliqué
à unedistance 1 de l’axe de
rotation;
les valeurs 1 lues sur unerègle graduée
sont déterminées. au1-/2
mmprès.
Lespoids
dont nous nous sommes servis sont voisins de 5 ou 10kg
engénéral;
la valeur maximum de 1 est de 45 cm.4.
Objets
étudiés. - Nous avons étudiésoigneusement
un morceau de silice fondueprovenant
de la maison «Quartz
et Silice fondus » et que nousappellerons
Silice n°I ;
puis, plus rapidement,
un morceau de silice fondue fourni par la maison Schmidt etI-Iaensch
(Silice
n°II) ;
enfin,
brièvement un échantillon(ou
plutôt
l’ensemble de deuxéchantillons)
dequartz cristallisé,
taillé normalement àl’axe,
venant de chez Jobin et Yvon.Silice fondue.
5.
Réglage
desappareils.
Mise enplace
de la Silice sous la presse. -Les.glazebrooks
sontréglés
normalement au faisceau(ou
tout au moins pour travaillertoujours
sous la mêmeincidence)
à l’aide des faisceaux réfléchis sur les faces.Lequart
d’onde estréglé
comme il a étéindiqué
dans un autre article(~).
Le morceau desilice,
sous la presse,est
placé
normalement au faisceau en faisant coïncider le faisceau réfléchi sur les faces avecle faisceau incident. Il est
disposé
dans la presse entre deux lamelles deplomb ayant
chacune un millimètre
d’épaisseur
environ. Nous avonspréféré
leplomb
à toute autre matièreélastique
oumolle,
car avec une matièretrop
élastique
comme le caoutchouc outrop
molle comme lecarton,
le morceau de silice fonduebouge
quand
onsupprime
lapression
et l’on nepeut
affirmer,
par lasuite,
une remise enplace
fidèle. ~1ucontraire,
après quelques
minutes decompression,
la silice s’incruste dans leplomb
et on a un blocpeu
déformable,
facile à orienter sous la presse etgardant
ensuite uneposition
à peuprès
fixe,
mêmequand
onsupprime
lapression.
Onpeut
affirmer ainsi que lasilice
reste normale 1au faisceau
au 300
de radianprès pendant
toute une série de mesures, cequi
estlargement
300suffisant pour la
précision
que nous voulons obtenir.Nous avons vérifié d’autre
part (§ 6)
que les lamelles deplomb employées
donnaientune bonne
répartition
despressions,
ce quepermettent
moins bien des lamellesplus
dures,
en cuivre mou parexemple.
6.
Qualité
optique
de la Silice fondue 1(Quartz
et Silicefondus).
- Lasilice ainsi
placée
estexaminée,
d’abord noncomprimée,
entre Glazebrooks croisés(le
quart
d’onde estsupprimé
en annulantl’inclinaison,
sur lefaisceau,
dusystème
des deuxlames,
c’est-à-dire en faisant i ~. =0).
On met aupoint
sur la silice à l’aide dumicroscope;
la
plage
est tachée par de la lumièrequi
passe; laplanche
II donnel’aspect
que l’on a enlumière violette du mercure pour différentes
positions
del’analyseur
autour de laposition
glazebrooks
croisés.Quand
oncomprime
et que l’oncherche,
sanschanger
la mise aupoint,
àpointer,
comme on le verraplus
loin(§
7), l’ellipse qui
sort,
on observe une grossefrange
flouequi
se
déplace
tout ens’estompant
quand
on modifie les azimuts del’analyseur
ou duquart
d’onde. C’est cet
aspect
qui
permet
dejuger
larépartition
despressions
dans la silicecomprimée ;
elle est d’autantplus
uniforme que lafrange
est moins nette.Quant
aupremier
aspect,
ilprovient
des tensionsinternes ;
sur laplanche
II,
onpeut
évaluer à p = 2° ou 3° les
biréfringences
, 360 (r~e ~ - 720) e
qui
leurcorrespondent.
Mais lapartie
éclairée a une surface inférieure à lapartie obscure,
cequi
faitque l’ellipticité
résiduelle moyenne
qu’on
peut
observer dans les mesures, où l’on met aupoint
à 1infini,
Les angles indiqués en face de chaque plage sont les azimuts A de l’analyseur; les glazebrooks sont croisés pour A = 39°53’ ; ), == 4 358.
Silice n° I.
Ces inconvénients ne sont pas
incompatibles
avec de bonnes mesures; les courbes denoircissement
microphotométriques (§
7)
sont,
pourparler
unlangage imagé,
bienpoin-tues. Ce que l’on
pointera
sera, àchaque instant,
l’ellipticité
actuelle, provenant
à la fois de lacompression
et des tensionsinternes,
etcorrespondant
à une combinaison vectorielle de forcesqui
nepermet
de faire aucune correction relative auxellipticités
résiduelles. Sur lasphère
dePoincaré,
lespoints représentatifs
desellipses
E sortant de la silicecomprimée
serontrépartis
sur unepetite
surface d’environ 1degré carré;
lespointés
se ferontauto-matiquement
sur le centre degravité
de cette surface. Nous ne mesurerons que desellipticités
de l’ordredue 9
= 30° à p= 3GO°,
defaçon
que lesbiréfringences
résiduelles1
soient,
en moyenne, inférieuresau £
desbiréfringences
cherchées.10
7. Mesures des
biréfringences.
- La méthode depointés photographiques
employée,
soit dans lesréglages,
soit dans les mesures, esttoujours
celle de Bruhat et Pauthenier(~) :
elle consiste dans la construction d’une courbe de noircissement en fonctionde
l’angle
de rotation del’organe
mobile et dans la détermination du diamètre de cette courbe.La silice
comprimée possède
un axeoptique qui
estparallèle
à la direction decom-pression ;
cette direction étant normale au rayon moyen du faisceaulumineux,
la lamepossède
deuxlignes
neutresQ
etQ’ qui
sontparallèle
et normale à cet axe; leurposition
nedépend
pas de la valeur de lapression,
ni de lalongueur
d’onde de la lumièreemployée.
Première méthode. - C’est la méthodeclassique
de Sénarmont. Lesopérations
sont les suivantes(figure 3).
1° La silice non
comprimée
et lecompensateur
à l’incidencenulle,
on croise lesglaze-brooks ;
lespoints
P et Aqui
représentent
leur orientation sur lasphère
de Poincaré sont confondus. Oncomprime
lasilice;
ontourne
P et A(toujours
confondus)
dequantités
égales;
le minimum d’intensité lumineuse que laisse passerl’analyseur
a lieuquand
P etA viennent
en Q
(ou
enQ’).
Alors,
àpartir
de cette dernièreposition,
on tourne P de 45°(de
90° surl’équateur
de lasphère),
et onplace
ainsi la vibration sortant dupolariseur
à 45° deslignes
neutres de la silice(fig. 3);
cette dernière la transforme en une vibrationelliptique
E située sur le méridien de P. Labiréfringence
du morceau de silice fondue est-mesurée par
EoE
=Cf
l’on
place
seslignes
neutres BB’ suivantOEo
(cette
opération
est réaliséequand
l’azimut 0du
quart
d’onde a la valeur pourlaquelle
l’intensité lumineuse sortant del’analyseur
-lequel
est croisé avec lepolariseur -
estminimum).
Oncomprime
à nouveau ; lepoint
E est alors rahattu enE’ ;
PE
mesure labiréfringence p
cherchée.Fig. 3.
Fig. 4.
Quand
on fait varier lapression
ou lalongueur
d’onde,
lepoint
E sedéplace
sur leméridien de
Eo;
si bien que lesréglages préliminaires,
-à savoir : 1°
placer
P à ~~° deslignes
neutres de la silicecomprimée
et 2°placer
leslignes
neutres BB’ duquart
d’ondeparal-lèlement et
perpendiculairement
à la vibration sortant dupolariseur
- sont à faire : unefois pour toutes pour le
premier
et unc fois seulement àchaque longueur
d’onde pour ledeuxième.
Ainsi
donc,
enprincipe,
il suffit depointer
E’,
avecl’analyseur
dont l’azimutvient alors en A’ et l’on = AA’. =
Mais en
pratique,
dans le deuxièmeréglage, quand
la silice n’est pascomprimée,
à cause de sa
biréfringence
résiduelle,
lepoint
P se transforme en une vibrationlégèrement
elliptique
d’axeEo.
Il s’en suit que l’onpointe
un minimum delumière,
non pasquand B
coïncide avecEo
mais pour uneposition
de B située à une distanceEoB
deEo
égale
à la moitié de cetteellipticité
résiduelle(figure
4).
Il est clair sur la
figure 4
que l’arcEoA’
ne mesure pasl’ellipticité
EoE.
On élimine cetinconvénient,
en mêmetemps
que les erreursqui proviennent
ducompensateur,
parl’emploi
de la méthode de Stokes : lapremière
mesure étantfaite,
on tourne Q de90°,
B etB’ se
permutent,
E se rabat en E" que l’onpointe
avec A(qui
vient enA") ;
on a au secondordre
près
parrapport
àEoB :
Les arcs
portés
surl’équateur
de lasphère
ont pour mesure le double desangles
lus sur les cerclesdivisés;
la différence des lectures ~.’ -A" donne c~.
Précision obtenue. - Diverses mesures recommencées
plusieurs
fois nous font estimer les erreurs depointés
à des valeurscomprises
entre -1-- i ~’ et ±30’ ;
cequi
entraîne,
en7
Il est facile de voir que les erreurs
provenant
des défauts deréglages (P
pas exacte-ment à 900 deQ
etQ’),
sontnégligeables
parrapport
à ces erreurs depointés.
Deuxième méthode. - Au lieu de chercher la
fonction a
de lapression,
onpeut
chercher la
pression
qu’il
faut mettre pour avoir un y donné. Deux valeurs de q seprêtent
bien à ce genre de mesures ; ; =180° pour
laquelle
E vient enP1
(fig. 3)
et Cf = 3600 pourlaquelle
E revient en P.Pour
appliquer
la méthodephotographique
de Bruhat etPauthenier,
nous remarquonsque des variations
égales
depression
entraînent desdéplacements égaux
dupoint
E sur le méridien(ou
l’arc decercle) qu’il
décrit,
car labiréfringence
q est fonction linéaire de lapression
(cf §
8,
fig. 6~,
et nousopérons
donc de lafaçon
suivante(pour j
_ 180, parexemple) :
On
supprime
lequart
d’onde en faisant i ~0 ;
on met lesglazebrooks parallèles
(A
à 180° de P sur lasphère);
on construit la courbe de noircissement en faisant varier1
(dis-tance du couteau à l’axe du
levier)
de quan-titéségales ;
le minimum de lumièrequi
sort del’analyseur correspond
à l’arrivée de E surl’équateur,
doncà cp
_--_ 180°. Si lepoint
Pn’est pas exactement à 90° de
Q
(la
vibration sortant dupolariseur
n’est pas exactement à 45° deslignes
neutres de la silicecomprimée)
E,
au lieu de décrire unméridien,
décrit unarc de
petit
cercle depôles QQ’ (fig. 5) ;
cepen-dant le minimum delumière,
quand
la pres-sionvarie,
correspondra
exactement à l’arrivéede E sur
l’équateur,
donc encore = 1R0°.Le minimum de la courbe de
noircisse-ment donne donc - avec seulement l’erreur du
pointé photographique -
la valeur 1 pourlaquelle
lepoids
rend la silice fondue demi-onde.opère
de même pour o 360° en seD. ’"
plaçant
entreglazebrooks
croisés.Précision obtenue. - Diver&es mesures recommencées
permettent
d?aiùrmer+ 1
surles l,
donc sur lespressions.
°100
Mesures visuelles. -- Une mesure est
toujours
la moyenne de 4 à 5pointés,
cequi
donne uneapproximation
relative de150
environsur ,
150
,
En résumP nous avons, sur le par
l’une quelcQnque
.une relative de tordre de
+ ;
- ., dans lapremière
méthode lespressions
sont100
toujours
réalisées avec uneprécision
relativesupérieure
au 1 .
200
Résultats des mesures.
8. Silice n° 1
(Quartz
et silicefondus).
-- Ses dimensions mesuréesau palmer
sont :Epaisseur : 5
mm,09 ; largeur :
10 mm, ~0 : hauteur : 14 mm, 95.donne la deuxième méthode. Nous
indiquons
les valeursbrutes 9
fonction de laforce
Fs’exerçant
sur la silice.(La pression
exercée est environ’
TABLEAU 1.
... ,
Ces résultats sont aussi
représentés
par les courbes de lafigure
6 où les valeurs de F sontportées
sur l’échelle inférieure desabcisses;
l’échellesupérieure
des abcissesrepré-sente la
pression
donnant à une lame de 1 cmd’épaisseur
labiréfringence
~. Ces courbessont des droites
passant
parl’origine :
labiréfringence
estp>.oportionnelle
à lapression.
?
Nous donnons dans le tableau II leurs coefficients
angulaires ?
en fonction de lalongueur
F o
(Tonde. En
multipliant
ces nombresG
par lalargeur
du morceau de siliceexprimée
encm, on obtient la
biréfringence fi
d’une lame de 1 cmd’épaisseur comprimée
sous unepres-sion de 1
kg/cm2.
Cette valeur 4$ estexprimée
endegrés,’kg.
TABLEAU II.
4> représente la biréfringence en degrés d’un bloc de 1 cm d’épaisseur comprimé sous 1 kg/em2. C représente 1013 (no -
ne), no -
9
Dans la dernière
ligne,
pour nous conformer àl’usage
établi enphotoélasticité,
nous 1013 X4)avons
porté
laquantité
C =qui
estégale
à 9 0° 3 et1Ie
étant
les 360 m 98iindices ordinaire et extraordinaire de la silice
comprimée
sous unepression
de unebarye]
t est ainsi
expriiné
en Brewsters(*).
Fig. 6.
s
1
’
Les valeurs de C et m sont données avec une
approximation
relative d’environI00
et100 sont
représentées
par les courbes en traitspleins
de lafigure 7.
9. Silice n° II
(Schmidt
etHaensch). -
Les dimensions mesurées aupalmer
sont :épaisseur
14 mm,03 ;
largeur
12 mm,02 ;
hauteur 4 mm, 99.Cette silice est nettement moins bonne que la
précédente;
sabiréfringence
résiduelle est 2 ou 3 foisplus grande.
Nous avons mesuré seulement lapression
nécessaire pour luidonner la
biréfringence
9 = 180°, ô Nous nous contenterons de donner le tableau des(*) Le Brewster est un retard d’un angstrom, par mm de substance traversée et comprimée sous une
valeurs W
(biréfringence
d’une lamed’épaisseur
1 cm pour unepression
de 1kgjcm2);,et
C= 101
(différence
des indices pour unepression
de unebarye).
~°
Fkg, i..
TABLEAU III.
~D = biréfringence degré/kg d’un bloc d’un cm d’épaisseur. C = 1013 (nl -
11
Les valeurs de 4S et G’ sont
représentées
par les courbes enpointillés
de lafigure
7. Les deux silices 1 et II ne sont pasidentiques, cependant
leurdispersion
de biréfrin-gence dans l’ultra-violet est trèscomparable.
Il est à remarquer que les valeurs de C obtenues pour la silice 1 dans le
spectre
visible sont très voisines de celles données par Filon et Harris(1) qui
vont de3,52 à
3,64
pour ~ _ 5780 et de3, i0
à3,82
pour 4358 et de celles obtenues parHeymans
et Allis(8)
qui
segroupent
vers3~7.
10.
Comparaison
avec la formule de Havelock. -D’après
la formule de Have-lock nous devons avoir pour chacune des deux silices :n étant l’indice de la substance non
comprimée.
Cetindice,
pourchaque longueur
d’onde,
nous a été donné par les tables de Trommsdorff(1)
et Gifford(10).
iVTous avonsvérifié,
avecun réfractomètre
d’Abbe,
que nos deux échantillonspossédaient
les mêmes indices queceux que donnent les tables pour le
jaune,
et que leurdispersion,
dans levisible,
était bien ,celle
qu’elles indiquent.
Nous
porterons
dans le tableau IV les indices de lasilice,
et pourchaque
échantillon lesquantités
10’2 ):;
pourchaque
silice nous ferons la moyenne de cesquantités
et q(n2
-1
’ qnous ferons
figurer
aussi les écarts à cette moyenne. TABLEAU IV.(8) P. HEYMANS et W.-P. ALLIS, Journal Math. et Phys. Inst. Massachussetts, 2 (1923), p. ~’~6.
(9) H. TROMMSDORFF, Physikal. Zeitsc.h., 2 (1900-1901), p. ~’~6.
Les
biréfringences
observéesprésentent
parrapport
à celles que fournit la formule deHavelock
des écartsqui peuvent
atteindre 2 à 3 pour 100. Il nous semble difficile d’attribuer ces écarts à des erreursd’expériences;
il seraitpeut-être imprudent
d’affirmer leur réalité sans avoir mesuré les indices sur les échantillons mêmes de siliceemployés
aux mesures debiréfringence;
il fautpourtant
remarquerqu’une
variation de 2 pour 100 de la constanted’Havelock
correspond
à une variation d’indice deplusieurs
unités de la troisièmedéci-male,
et que la concordanceparfaite
de nos mesures dans lespectre
visible avec celles d’autres auteurs rendent de tels écarts bienimprobables.
Nous pensons devoir tirer de nos mesures la conclusion que la formule de Havelock n’est
qu’une première approximation.
C’est aussi cequ’ont
trouvé ReebCi)
pour labiré-fringence
par déformation de lames degélatines
etSzivessy
et Dierkesmann(12)
pour labiréfringence électrique
de diversliquides
dans l’ultra-violet : ces derniers auteurs ontmême observé des écarts allant
jusqu’à
10 pour 100. La formule de Havelock n’enprésente
pas moins un intérêt certain en
permettant
deprévoir
lagrandeur
de ladispersion
de labiréfringence d’après
celle de ladispersion
de réfraction.C’est ainsi que pour les
liquides
étudiés parSzivessy,
lerapport
des retards C pourX == 3128 À et A = 57801 a varié de
1,10
à1,36,
tandis que pour la silice il n’est que de1,09 :
ces différences de l’ordre de ~0 pour 100 sontprévues
àquelques
centièmesprès
par la formule de Havelock.Quartz
cristallisé.
L’étude de la
biréfringence
duquartz
perpendiculaire
àl’axe,
comprimé
normalement à cet axe, secomplique
de l’existence de la rotation.11. Cas d’une seule lame. Etude
théorique. - Représentons
l’effetqu’elle
pro-duit sur une vibration sur lasphère
de Poincaré. Nousn’explicitons
pas les constructionsanalogues
à cellesindiquées
à propos de l’étude duquart
d’onde(,).
On compose unerota-tion 2p (fig. 8)
indépendante
de lapression (pour
unelongueur
d’ondedonnée)
avec une,
biréfringence
9, de direction fixe OH mais dont lagrandeur
varie à la fois avec lapression
~et lalongueur
d’onde.La lame
comprimée possède
deuxellipses privilégiées représentées
par lesextré-mités du diamètre
QOQ’;
soneffet,
sur une vibrationquelconque,
est une rotation 2.r =~c~2 -~- ~~2
autour deQ’Q ;
et l’on aSi l’on
place
la vibration P sortant dupolariseur
(fig. 9)
à 45° de l’azimut H deQ (ce
qui correspnnd
surl’équateur
à un arc PH =90°),
la lamecomprimée
transformeP,
parune rotation 2x autour de
Q’Q,
en une vibration M située sur legrand
cercle d’axeQ’Q.
Appelons
Mo
lepied
du méridien de M surl’équateur,
et posonsMoM
=2~
etPMo
=: ~!0.On a immédiatement les formules de
trigonométrie sphérique
d’où l’on tire
(11) 0. REEB, Ann. der
Phys.,
71. (1923), p. 427.13
Comme la rotation p est connue, cette dernière formule
permet,
comme nous le verrons.tout à
l’heure,
de déduire labiréfringence 9
de la lame de la mesure de’~.
Le
problème
consiste donc àpointer
une vibrationelliptique
M d’axes inconnus. Comme nous le montrerons dans un autremémoire,
les méthodesphotographiques
seprêtent
assez facilement à la résolution de ceproblème;
ilexige pourtant
un nombred’opérations plus grand
que celui del’analyse
d’une vibrationelliptique
d’axes connus.~ Fig.
9.
D’autre
part
lescalculs,
que nous nedévelopperons
pasici,
montrentqu’un
déplace-ment 5
dupolariseur
P,
parrapport
à l’azimut H decompression,
entraîne une variationà Ç
del’ellipticité
qui
est dupremier
ordre parrapport
à~.
Or l’azimut decompression
Hn’est déterminé par aucune
propriété optique;
il n’est paspossible
demettre,
avecpréci-sion,
lepolariseur
à 4Õ() de cetazimut;
on nepeut
pasgarantir
que l’arc PH de lasphère
nediffère pas
de ~ de
plusieurs degrés.
Dans ces conditionsl’emploi
de la formulepeut
entraîner,
pour certaines valeursde x,
une erreur sur ,supérieure
à 10 pour 100.Deux
lames,
droite etgauche,
accolées.1~. Théorie du
système. -
Au lieud’employer
la méthodeprécédente,
nous avonspréféré
compenser la rotation de lapremière
lame par celle d’une seconde lamed’égale
épaisseur
mais de rotationopposée.
La théorie du
système, quand
il estcomprimé,
estidentique
à celle que nous avons faite pour deux lames travaillantobliquement
sur le faisceau(,).
La cause debiréfrin
-gence cp seule
diffère,
et la rotation p d’une lame estindépendante
de lapression
pour unelongueur
d’onde donnée.Les deux lames
produisent
deux rotations =V «2 + 4 p2
(fig. ~ 0)
autour despoints
Bi
et l’effet de tout lesystème,
sur une vibrationquelconque,
est une rotation4y
En
prenant
les mêmes notations que pour lesystème
compensateur quart d’onde,
à savoir :
HQo
=2o);
B10H
= x;l’angle sphérique QoBiH
= x =p2
--- ’ ;
l’angle
sphérique
==4y l
on a les formules :d’où l’on tire :
Fig. 10.
Pour
chaque longueur d’onde, ?
peut
être mesurédirectement ;
pourchaque pression
.on
mesurera 4 y
et la formule(1)
permettra
de calculer labiréfringence 9
d’une lame parapproximations
successives en mettant sonexpression
sous la forme :calcul assez
rapide
car varie peuquand ,
varie.15
14. lVtise en
place
sous la presse(fig. 11).
- Pour obtenir uneégale
répartition
des pressions
entre les deuxlames,
bienqu’elles
n’aient pas exactement la mêmehauteur,
nous intercalons des couches de
plomb
de 2 mm au-dessous et de 1mm, 5
au-dessus des lames.Après quelques
heures depression
à 100kg/em"- chaque
morceau dequartz
a faitson
empreinte
dans leplomb. Cependant
dans unpremier
essai leplomb
avait coulé entreles lames
et,
faisantcoin,
les avait écartéeslégèrement
l’une de l’autre. Nous avonsparé
àcet inconvénient en
intercalant,
entre leplomb
et les lames dequartz,
une très mince feuille d’aluminium on évite ainsi que les lames ne seséparent
avant d’avoirpris
leurplace
dans leplomb.
Pour donnerplus
derigidité
àl’ensemble,
les deux lames sontcollées,
sur leur
côté,
par deuxgouttes
d’arcanson.r’lg.
La mise en
place
des lames normalement au faisceau lumineux et leréglage
de tout lemontage
se font exactement comme pour la silice fondue(~ 5).
15.
Qualité optique
desquartz. -
Si,
en lumière verte et entre deuxglazebrooks
croisés,
on met aupoint
sur leslames,
laplage apparaît, quand
on necomprime
pas, trèsobscure et très
uniforme,
cequi
montre que lequartz
est bienhomogène
et que les axesoptiques
sont bienparallèles
aux rayons lumineux.Si l’on
comprime
et que l’onpointe l’ellipse
rabattue par la méthode que nous indi-queronsplus loin,
l’extinction est moinsnette;
cependant
elle est bien meilleure que pour lequartz
fondu. On voit encore la grossefrange
floueindiquant
certainement leslignes
d’équi-compression.
i6 Exécution des mesures. - Les
pointés photographiques
se font encore ici par la méthode de Bruhat et Pauthenier.coïncidence avec la
ligne
neutreQo
(ou
dusystème comprimé (cette opération
se réaliseen
déplaçant
P et Asimultanément).
On tourne lepolariseur
de 45~(P
sedéplace
de 90vsur
l’équateur
de lasphère)
ainsi quel’analyseur.
Onsupprime
lapression;
onplace
lecompensateur
à l’incidence iqui
le rendquart
d’onde et l’on fait coïncider une de seslignes
neutres,
B,
avec P. On remet la mêmepression;
lepoint
P est transformé en une vibrationelliptique
E,
située sur le méridien deP,
que lequart
d’onde rabat surl’équateur.
On mesureainsi 4y
et on endéduit ,.
En
fait,
pour l’élimination des erreurs deréglages
et des erreursprovenant
ducom-pensateur,
nousemployons
encore la méthode deStokes,
c’est à-dire que nousrépétons
la mesure
après
avoir tourné lequart
d’onde de90°;
la valeur admisepour 4
y est la moyenne des deux valeurs ainsi déterminées.Nous avons ainsi un
point
de ladroite
fonction de lapression
et,
en mêmetemps,
nous pouvons calculer le 2 w
correspondant
par la formulePour la même
longueur
d’onde,
quand
onchange
lapression,
lepoint
Qo
sedéplace;
il faut doncdéplacer
P. Mais nous savonsdéjà qu’une
erreur sur laposition
de Pn’en-traîne que des erreurs du second ordre sur 4 y. Il suffira donc de calculer la nouvelle
valeur 2w,
par la même formule mais en donnantà :~
la valeur trèsapprochée
que nous pouvonsprévoir
connaissantdéjà
unpoint
de ladroites
fonction de lapression.
Ondépla-cera P de la différence entre les deux valeurs de 2 to. Les rotations p ont été mesurées directement par rotation de
l’analyseur (le quart
d’onde étantenlevé)
pour la lame droite. En lumière verte du mercure la lamegauche
pré-sente une rotationsupérieure
deI
en valeur relative à la lame droite. Nous avonstou-1000
ours
pris
la valeur moyenne des deux rotations.i i . Précision des mesures. - Dans les mesures
photographiques
de 4 ,y nous avons despointés
meilleurs que dans le cas duquartz
amorphe,
la définitionpolarimétrique
dufaisceau sortant du
système
étant meilleure.En
répétant plusieurs
fois la même mesure on se rendcompte
que l’erreurpossible
sur un
pointé photographique
est en moyenne de ± i0’. Comme 4 y est la différence entredeux déterminations nous aurons donc des erreurs de ± 20’ environ.
Dans les mesures
visuelles,
résultats de 4 à 5pointés,
onpeut
estimer les erreursmoyennes
sur 4 y
à ± ‘~U’ pour le vert et ± 40’ dans le violet.Nous
indiquerons
les erreurscorrespondantes
sur ’0 dans le tableau des résultats.Sur la mesure
de p
nous pouvons affirmer que l’erreur absolue est inférieure à 2 ou 3 minutes.En dehors des erreurs de
pointés
il fautenvisager
les erreurs deréglages qui
font que l’on mesure autre chose que lesquantités
cherchées. Nous retrouvons ici les mêmes erreurs que pour la siliceamorphe ;
-, elles entraînent des erreursnégligeables
parrapport
à cellesqui
proviennent
despointés.
Il fautajouter cependant
l’erreurqui
peut provenir
d’uneinégale répartition
despressions
entre les deuxlames ;
c’est cette erreurqui
est laplus
àcraindre.
La
pression
moyenne est nécessairement cellequi
est calculéed’après
la valeur et laposition
dupoids ;
si l’ondésigne
par Cf labiréfringence
queproduirait
cettepression
moyenne, lesbiréfringences
des deux lames -do.
Il est facile de se rendrecompte
que cetteinégalité
a pour effet deremplacer
les vibrationsrectilignes privilégiées
QoQ’Q
de l’ensemble des deux lames par des vibrationselliptiques
privilégiées
QQ’
(fig.
12),
17
par
rapport
àd 9,
mais dontl’ellipticité 2e(QoQ
=2e)
est de l’ordre degrandeur
ded
ou
plus
précisément
de l’ordre de dsinp.
’ N
’,
’,
, 1f
)o’
__ , o, ,
11
Q’ f ,1
il’
1 » _ Fig. 12.La rotation résultante
4y
est modifiée dequantités qui
sont du second ordre parrap-port à
d p
ou à e, et la mesure même de cette rotation par la méthode de Stokes n’estaffecté,
du fait de l’existence del’angle
deQQ’
avecQoQ’o,
que dequantités
du second ordres. Les mesures effectuées et les formulesemployées
au calculde p
donnent donc labiréfringence
moyenne ?
avec une erreurqui
est certainement du second ordre parrapport
à d’P et à ê.
-
Il nous a paru toutefois nécessaire de vérifier que ces
angles
étaient assezpetits
pour que les erreurscorrespondantes
soientnégligeables.
Pourcela,
nous avons mesuré lesellipticités 2 F-
des vibrationsprivilégiées : lorsqu’on pointe
leslignes
neutres desquartz
comprimés,
on amène en réalité lesglazebrooks
croisés auxpositions
quereprésente
lepoint Qo
de lasphère
de Poincaré(fig. 12).
Dans ces conditions la vibrationqui
sort desquartz
comprimés
n’estplus représentée
par lepoint
P,
mais par lepoint
P’ déduit de P par larotation 4 y
autour deQQ’.
Si l’onpointe
P’ en tournantl’analyseur
seul,
on amène A enA’ pied
du méridien de P’. En assimilant lespetits triangles sphériques
à destriangles
plans
on aOn a ainsi trouvé que pour des
pressions
de 80kg/cm2
et X ~ ~537 Á,
QoQ
était deFordre
de2°,
cequi correspond
à uneinégalité d q;
de l’ordre de 7 pour 100qui permet
, i
bien de
négliger
les erreurs du second ordrequ’elle
entraîne.18.
Résultats
des mesures. -- Nous donnerons d’abord le tableau desrotations p
des lames dequartz.
TABLEAU V.
Dans le calcul
de ~
par la formulenous avons
poussé
le calculd’approximation jusqu’à
obtention de deux valeursde ~
diffé-rant en valeur relative de moins de
Nous donnons dans le tableau VI les résultats bruts 4 y
et q
fonction de laforce
Fs’exerçant
sur l’ensemble des deux morceaux dequartz.
Dans la dernière colonne nous
indiquons
l’erreurqu’entraîne
sur 9 une erreur depointé
de ~- 20’sur 4 ?/
pour toutes leslongueurs
d’onde sauf pour ~, ~ 4358 pourlaquelle
nous prenons -~- 40’.TABLEAU VI.
-
Ce tableau est aussi
représenté
par les droites de lafigure
I3 ;
l’échelle inférieure desabscisses
indique
laforce
Fs’exerçant
sur l’enseIl1ble des deux morceaux dequartz ;
on aporté
sur l’échellesupérieure
des abscisses lapression
enkg/cm2 qui
donne à une lame de i cmd’épaisseur
labiréfringence
9.(Il
se trouve que cettepression
est exactement la moitié de F car lalargeur
moyennedes
lames est de i cm au1/5000
près).
19
une
pression
de 1kg/CM2.
Cette valeur(P,
exprimée
en est conniie1 ’ , au
100
. . Fig.13. XNous donnons aussi dans le tableau VII les
quantités
q C =1013
360 X !t81
qui
repré-obu X
981sentent les valeurs
(no-nJ
[ne
et n° étant les indices relatifs aux vibrationsparallèles
à la direction decompression
et à la direction normale dans leplan
d’onde pour nnepres-sion de une
barye].
Ce tableau est
représenté
par les courbes en traits mixtes de lafigure
7.Les résultats sont moins satisfaisants que pour la silice
fondue;
lespoints présentent,
parrapport à
la courbe moyenne, des écarts de 5 à 6 pour 100qui
nes’expliquent
pas par les erreursd’expériences.
Quoique
ces mesures soient destinées à êtrereprises,
nous avonspréféré
donner dèsmaintenant ces résultats
qui
permettent
unepremière comparaison
desbiréfringences
parcompression
de la siliceamorphe
et duquartz
cristallisé,. Celle de la siliceamorphe
estsupérieure
d’environ 40 pour 100 à celle duquartz
cristallisé et les courbes dedispersion
présentent
une marcheanalogue.
En
extrapolant
les courbes de lafigure
7 relatives auquartz
nous pouvonsprévoir
pour la raiejaune
du sodium une valeur m~ 10,64 environ ;
ce résultat est bien du mêmeéchantillons
qu’il
a étudiés les valeurs 4S ==10,44
et ~ =i Q ,62;
les nombres dusecond,
pour le
quartz
normal àl’axe,
segroupent
autour de I> ==11,50.
*
TABLEAU VII. ’
4Y représente la biréfringence en degrés d’un bloc de 1 cm d’épaisseur comprimé sous 1 kg/cm2. C représente 1013 (no -
ne), no - ne étant la différence des indices pour une
pression de une barye.
~9.
Signes
de la silice et duquartz
comprimés. -
Notremontage
nousdonnait,
en même
temps
que lerapport
de leurs axes, le sens desellipses
sortant des différentséchantillons que nous avons
comprimés;
lecompensateur
constitué par unquartz
oblique
a en effet
l’avantage
que l’on saitquelle
est la vibrationqui
y estretardée ;
-, nous avons d’ailleurscomparé
directement le sens de labiréfringence
à celui que donne un bloc deerown
comprimé :
pour les deux morceaux de silicefondue,
pour lequartz cristallisé,
ainsi que pour le bloc de verre, nous avons trouvé que les corps étaientnégatifs,
c’est-à-diren - no
0 ;
la vibrationparallèle
à la direction decompression
est avancée.20. Conclusion et Résumé. - Nous avons mesuré la
biréfringence
parcompression
entre 6000 1 et 2 400 À de deux échantillons de silicefondue,
et de l’ensemble de deux lames dequartz
cristallisé. Tous cesobjets
deviennentnégatifs,
c’est-à-dire que la vibra-tionparallèle
à la direction decompression
est avancée. Nous avonstrouvé,
pour despressions
allant de 30kg
à 200kg
par cm2 que labiréfringence
estproportionnelle
à lapression
pour unelongueur
d’onde donnée.Les divers échantillons de silice
amorphe
ne donnent pas exactement la mêmebiré-fringence,
mais tous donnent unebiréfringence supérieure
d’environ 40 pour 100 à celle duquartz
cristallisé.Pour une même
pression
l’ellipticité
obtenue est naturellementbeaucoup plus grande
da.ns l’ultra-violet que dans lespectre
visible : pour la siliceamorphe,
comme pour lequartz
cristallisé elle est environ 3 foisplus grande
verts 2 500 Áqu’elle
ne l’est dans lejaune ;
la variationcorrespondante
de la différence no -ne des indices n’est
pourtant
que de l’ordre de 20 pour 100. L’ordre degrandeur
de cette variation est correctementprévu
par la formule deHavelock,
mais la courbe dedispersion
ne semble pas coïnciderexacte-ment avec celle que