HAL Id: jpa-00233290
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00233290
Submitted on 1 Jan 1935
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of
sci-entific research documents, whether they are
pub-lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d’enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.
Le pouvoir rotatoire du quartz pour des rayons
perpendiculaires à l’axe optique et sa dispersion dans
l’ultra-violet
G. Bruhat, P. Grivet
To cite this version:
LE
POUVOIR
ROTATOIRE DUQUARTZ
POUR DES RAYONS PERPENDICULAIRES A L’AXEOPTIQUE
ET SA DISPERSION DANS L’ULTRA-VIOLET.
Par MM. G. BRUHAT et P. GRIVET.
(Laboratoire
dePhysique
de l’Ecole NormaleSupérieure).
Sommaire. 2014 Nous avons étudié, par analyse photo-électrique, les vibrations transmises par une
lame de quartz parallèle à l’axe pour des vibrations incidentes rectilignes voisines de l’axe optique ou
de la direction perpendiculaire. L’analyse complète des vibrations elliptiques transmises a été faite pour les diverses radiations de l’arc au mercure comprises entre 4 358 et 3 021 Å, et les mesures ont été
poursuivies jusqu’à 2 537 Å en se bornant à la détermination des orientations des axes. On a étudié sept lames de quartz dont les épaisseurs vont de 169 03BC à 2 mm.
L’ensemble des mesures montre que les phénomènes sont bien représentés par l’hypothèse que les vibrations privilégiées dans le quartz pour des rayons perpendiculaires à l’axe sont deux vibrations
elliptiques inverses. Les différentes lames donnent toutes les mêmes valeurs absolues pour les ellipticités de
ces vibrations, à condition de tenir compte pour les lames épaisses, par l’emploi d’une méthode de
mesures spéciale, du fait que les radiations isolées par le monochromateur ne sont pas parfaitement monochromatiques. Nous donnons les valeurs du rapport B/A des vibrations privilégées par l’angle a défini par la relation tg 03B5/203B6=B/A ; l’angle 03B5 varie à peu près en raison inverse de la longueur d’onde, et va de
19 minutes pour 03BB = 4 358 Å à 38 minutes pour 03BB = 2 537 angströms.
Le quartz présente. pour les rayons perpendiculaires à l’axe, une rotation p définie par 2 p = ~ tg 03B5. Nous l’avons comparée, pour quatre James de quartz droit et gauche, à la rotation 03C10 pour des rayons
parallèles à l’axe, et nous l’avons toujours trouvée de sens opposé à cette dernière. Pour toutes les
radiations, le rapport 03C1/03C10 est approximativement égal à 2014 0,53 ; il ne diffère de cette valeur moyenne
que de quantités inférieures aux erreurs des mesures, erreurs qui décroissent de 5 à 3 pour 100 lorsqu’on passe de 4 358 à 3 021 Å et sont de l’ordre de 10 à 15 pour 100 pour les radiations de longueur d’onde inférieure à 3 000 angströms.
1. Introduction. - Les théories de la
propagation
de la lumière dans un milieu
anisotrope
actifindi-quent
que lepouvoir
rotatoire de ce milieu doitdépendre
de la direction depropagation :
c’est unrésultat
qui
est confirmé par le faitqu’un
cristal biaxepossède,
engénéral,
despouvoirs
rotatoires différents suivant les deux axesoptiques.
Dans le casd’un
’,cristal
uniaxe comme lequartz,
la détermination dupouvoir
rotatoire n’est facile que pour les rayonsqui
sepropagent
suivantl’axe;
pour les rayonsnor-maux à
l’axe,
on n’observe que l’effet résultant de lasuperposition
dupouvoir
rotatoire et de la biréfrin-gence, l’effet de labiréfringence
étantlargement
pré-pondérant.
Lepouvoir
rotatoire d’une lame dequartz
parallèle
à l’axepeut pourtant
être caractérisé par le faitqu’une
vibrationrectiligne, parallèle
ouperpendi-culaire à
l’axe, donne, après
traversée de cettelame,
une vibration
légèrement elliptique ;
endésignant
parr~
l’ellipticité
de cettevibration,
définie àpartir
durapport
B/A
de ses axes par la relationtg ~
‘B/A,
la théorie
indique
que ~
est maximum pour une lame demi-onde. Cetteellipticité
a été mesurée pourla
pre-mière fois par
Voigt
(1),
qui
a donné pourl’ellipticité
maximum
correspondant,
pour la raieD,
à la lamedemi-onde,
la valeur8,,
- 131.On
peut
aussi traduire l’effet de l’activitéoptique
endisant que les vibrations
privilégiées
quepeut
trans-porter
sans déformation unplan
d’ondeparallèle
àl’axe
optique
sont des vibrationslégèrement
ellipti-ques, et non pas des vibrationsrectilignes.
Enanaly-sant les faisceaux ordinaire et extraordinaire
séparés
par unprisme
dequartz
d’angle
égal
à 60° et d’arête(1) W. YOIGT, TVacAWcAï. 1903, p. 155; 1905, 18, p. 645.
parallèle
à l’axeoptique,
Wever(1)
a montréqu’il
enétait bien ainsi et a confirmé les nombres de
Voigt.
Ajoutons
d’ailleursqu’il
résulte des mesures deVoigt
et de Wever que lepouvoir
rotatoire pour Tes rayonsperpendiculaires
à l’axe est designe
contraire à celuiqui
correspond
aux rayonsparallèles
à l’axe.Les résultats de
Voigt
et de Wever ont étécomplè-tement remis en
question
par un travail récent deSzivessy
et Schweers(2).
Ces auteurs ont d’abordrétabli,
encorrigeant
certaines erreurs, la théoriedonnée par
Voigt
de l’action d’une lame à facesparal-lèles à la fois active et
biréfringente
sur une vibrationrectiligne.
Leurs calculs étant assezlongs,
nous indi-querons ici comment onpeut
en retrouverrapide-ment les
principaux
résultats en utilisant lareprésen-tation
géométrique
de Poincaré.On sait que, sur la
sphère
dePoincaré,
unevibra-tion
elliptique
d’ellipticité f:>
dont legrand
axe faitl’angle
oc avec l’azimut choisi pourorigine
estrepré-sentée par un
point
delongitude 2
a et de latitude 2§1.
L’action sur une vibrationquelconque
d’une lamebiréfringente
debiréfringence
~~, dont une deslignes
neutres se trouve dans
l’azimut
représenté
par unpoint
0 del’équateur
(fig.
~.),
estreprésentée
par unerotation (p
autour du diamètreéquatorial
0 iù de lasphère ;
l’action d’une lame active de rotationp est
représentée
par unerotation 2 p
autour de l’axepolaire Q
N. L’action d’une lame à fa foisbiréfrin-gente
et active estreprésentée
(3)
par une rotationautour de l’axe Q 0’ dont la direction est celle de la
(1) F. WEVER. Jahrbuch der phil. Fakultiit der Unit,ersilât
G6/tingen. 1920. 2, p. 206.
(2)
G.
SzivEssy et C. SciiWEERS. Ann. der Phys. 1929, 1, p. 891.j3) R. DE MALLEMANN. Annales de
Physique, 1924,
2, p. 5.- -J
résultante des
vecteurs ?
et 2 p. La latitude s dupoint
0’ et lagrandeur
0 de la rotation résultante sont données par les relations :Le
point
0’ et lepoint
diamétralementopposé
de lasphère
représentent
les deux vibrationselliptiques
pri-vilégiées
que la lamepeut
transmettre sans altération. Dansle-:cas
d’une lame dequartz
parallèle
àl’axe,
lesellipticités 2/2
de ces vibrations sont très faibles : onpeut
doncprendre.
_
Fig. l.
Soit P le
point
del’équateur qui représente
la vibra-tionrectiligne incidente;
si lepoint
() est voisin dupoint
P,
onpeut
remplacer
lafigure sphérique
par unefigure
plane
daus leplan
tangent
à lasphère
en P(fig. 2);
l’action de la lamebiréfringente
et active surla vibration
rectiligne
P donne une vibrationelliptique
représentée
par lepoint
1T(PlI
- 9-,i; HlB1 =2 r~)
que définit letriangle
isocèle P0’Md’angle
au sommet 6. Faisons tourner dans sonplan
la lame cristalline : la vibrationprivilégiée
0’ décrit t sur lasphère
de Poin-caré leparallèle
de latitude e,qui
donne,
sur lafigure
plane
relative auxpetits angles,
la droite A d’or-donnée Sur cettefigure plane,
lepoint
M se déduit.
,
- 7: - {3
du
point
0’ par une rotationd angle 1
=a
et une homothétie de
rapport
PM/PO’ == 2sin.;
Il décrit line droite 6.’faisant
avecl’équateur
l’angle
~.
La droite c~’ ne passe pas par le
point
P : entre nicolscroisés,
on nepeut
obtenir une extinctioncom-plète ;
mais on a un minimum de lumièrelorsque
lavibration transmise est
représentée
par lepoint
Ii,
projection
de P sur ~’(fig. ~) ;
la vibrationprivilégiée
est alors
0’0,
son azimutest,
quelles
que soient lalon-gueur d’onde et la
biréfringence,
celui de la vibration incidente : c’est cet azimut t que nousappellerons
l’aâirrztct de tinitounc de la laine
minimal
azimut deSziveE’sy).
Si,
au lieud’analyser
la vibration avec unanalyseur
simple,
onl’analyse
avec unanalyseur
àpénombre
pointant
la vibrationP,
l’égalité
d’éclairement desplages
est rétablielorsque
la vibration transmise estreprésentée
par lepoint
M,,,
de la droite A’ situé sur le méridien de P. Lafigure 2
montre immédiatement quel’ellipticité
de la vibration transmise a lavaleur : ---- _
indépendante
du retard 0. et que l’azimut de la lame diffère de l’azimut de minimum d’unangle xm
donné par la relation :Fig, 2.
Nous donnerons à cet
azimut
queSzivessy
appelle Symétrie
azimut,
le nomd’égalité,
pour
rappeler
que c’est celuiqui
rétablitl’égalité
desplages
del’appareil
àpénombre.
L’activité de la lame
apparait
donc comnzec°czracté-risé,-,
d’unepal’t
par l’existence d’unedilférejice
entretazifnut de rYtZlt2rrltGllt et l
d’égalité,
d’autrepart
par d’uneellipticalé
pour la vibration il Ce sont ces deuxcarac-tères que
Szivessy
et Schweers ont recherchés pour la radiation delongueur
d’onde 5fi6 m Pourcinq
dessix lames de
quartz
ont
étudiés,
ils onteffeclive-ment trouvé des valeurs concordantes de
l’ellipticilé
2,dont le
signe
est bien celuiqu’on peut
prévoir
d’après
les résultats deVoigtet
devB7ever,
mais dont lagran-deur, environ
8’,
n’est que la moitié de cellequ’on peut
déduire de ces mêmesrésultats;
la sixième lame adonné des résultats entièrement discordants. D’autre
part,
pour aucune des lames. ils n’ont trouvé de diffé-rence entre 1 azimutd’égalité
et l’azimut de minimum : ils en ont conclu à l’inexistence dupouvoir
rotatoiredu
quartz
pour les rayonsperpendiculaires
àl’axe,
et ont attribué lesellipticités
observées à des défauts deparallélisme
dufaisceau, appuyant
t cette conclusion par l’observationqu’une
lame despath
placée
entre nicols croisés à l’azimutd’égulité
donne desellipticités
qui,
quoique
nettementplus
faibles,
ne sont pas d’unordre de
grandeur
différent.Wever nous a fait penser
qu’il pourrai[
êtreintéres-sant de
reprendre
ces mesures enprofitant
de lapos-sibilité
qu’apportent
lesmontages
photoélectriques
que nous avons réalisés de pousser les mesures dans l’ultravioletjusqu’à
3 000 ~~ avec la mêmeprécision
que dans lespectre
visible. Labiréfringence
varie eneffet en
première
approximation
comme1/,",
tandis quele
pouvoir
rotatoire varie au moins comme1 /x’
etle
rapport 2
Pif
doit croitreappruximativement
comme
1//B quand
lalongueur
d’ondediminue;
onpeut
donc s’attendre à observer dans l’ultraviolet desellipticités
deux foisplus grandes
que dans lejaune
ou le
vert,
et à se trouver dans de meilleures condi-tions pour que les résultats ne soient pas faussés parles erreurs d’ordre
géométrique
tenant à l’inexactitude desgraduations
des cercles ou aux défauts deréglage
des faisceaux.Nos mesures nous ont montré de
façon
certaine l’existence dupouvoir
rotatoire duquartz
pour les rayonsperpendiculaires
à l’axe, et nous ont fourni pour e une courbe dedispersion
surlaquelle
seplan
cent bien les résultats de
Voigt
et ivever. Elles étaientcomplètement achevées,
et la rédaction de ce mémoirepresque terminée
lorsqu’a
paru un nouveau travail deSzivessy
et Münster(1).
Ces auteurs reconnaissenteux-mêmes l’inexactitude des conclusions de
Szivessy
etSchweers,
et donnent pour la valeur de s, dans lespectre visible,
des résultatsqui
sont à peuprès
enaccord avec les nôtres. M.
Szivessy
a d’ailleurs bien vouludepuis
nous faireconnaître,
par une lettreper-sonnelle dont nous sommes heureux de le remercier
ici,
qu’il
est entièrement d’accord avec nous surl’in-terprétation
que nous proposonsplus
loin(§11)
desmesures de
Szivessy
et Schweers. Méthodes de mesure.5. Méthode et
montage
polarimétrique.
-Toutes nos mesures ont été faites en
employant
l’ana-lyseur
photoélectrique décrit par
Brutiat etGuinier (2).
Fig. 3.
Cet
appareil
permet
de déterminer l’azimut des vibra-tions dans tout le domaine 4 3581-2 537 4 avec uneerreur
qui
nedépasse
pas la demi-minute pour lesvibrations
rectilignes
ou trèsaplaties
etqui
n’augmente
pas au-dessus à 3’quand
l’ellipticité
atteint 30°. (1) G. SzivESsY et C. MUNSTER. Ann. der Phys., 1934, 20, p. i03.(2) G. BRUXAT et A. GUINIER. Rev. d’Optique, 1933, 12, p. 396.
Employé
avec uncompensateur quart
d’onde en micanu, selon une méthode que nous avons décrite d’autre
part
(1),
cetanalyseur
permet
aussi de déterminer lesellipticités
avec une très bonneprécision,
mais dans l’intervalle 4 3581-3 000 .~seulement ;
il n’est pas pos-sible de descendre à deslongueurs
d’ondeplus
faibles à cause del’absorption
du mica. Lemontage
de nosexpériences
estindiqué
par la figure
3.3. Mesure de la
biréfringence
0 des lampes. -On détermine d’abord l’azimutd’égalité
de lalame,
puis
on la tourne de-E- ~~" ;
dans cetteposition,
on mesurel’ellipticité
de la vibration sortante M(Îig. &),
dont l’axe est connupuisqu’il
estparallèle
à la vibra-tionincidente;
on oriente dans cette direction une deslignes
neutres duquart d’onde,
puis
l’autre,
lepointé
des vibrationsémergentes
Mi
donne1 1 et 6’
(fig. 4) ;
Fig. @.
pour faire la correction de lumière réfléchie dans les lames de
quariz,
qui
sont nues, on recommence pour laposition
à - 45°,
on aa2
et0’2 ;
on a, endésignant
par- If
le retard ducompensateur :
Il n’est pas nécessaire de tenir
compte
de l’existencede s, dont l’effet est du second ordre
quand
onoriente la lame à 45° du
polariseur
etqui
estéliminé dans les moyennes. Ces données per-mettent aussi de calculer la constante h de réflexion
multiple;
pour les lames taillées quenous avons
employées,
sa valeur s’estmon-trée
toujours
assez voisine de l’unité pourqu’il
n’y
ait pas lieu de faire les correctionscorres-pondantes
dans la suite.Cette méthode n’est utilisable que
jusqu’à
3 000 À, à cause de
l’absorption
ducompensa-teur ;
nous verrons auparagraphe
4dleprocédé
employé
- - dans larégion 3
- 000-2 500 ~.Même pour les lames
les plus
minces que nous ayonsemployées,
le retard atteintplusieurs
circonférences;
il fautajouter
àl’angle
mesuréprécédemment
unmul-tiple
de 27c donnant unedispersion
acceptable.
Ons’aide,
dans cetterecherche,
de la connaissance del’épaisseur
mesurée aupalmer.
4. Mesure de
l’ellipticité ~/~
des vibrationspri-vilégiées.
-a) Remarques générales -
Labiréfrin-0 étant connue, la recherche de ;
peut
sefaire,
soit en déterminant les éléments de la vibration
ellipti-que transmise par la lame pour une orientation
qu’il
est inutile de déterminer avecprécision,
soit endéter-minant seulement l’azimut de la vibration transmise pour une orientation connue de la lame. Discutons ces
deux méthodes, en nous
plaçant dans
le cas où lafigure
représentative
sur lasphère
de Poincarépeut
êtreremplacée
par unefigure plane (fig. 2).
Fig. 5. 6.
Dans le
preinier
cas, on sait que la vibrationémer-gente
estreprésentée
par unpoint M,
ouplus
exacte-ment, si r, est l’erreur depointé,
par unpoint
situé dans unpetit
cercle de centre M et de rayon2’r;.
Lepoint
JVlm
d’ordonnée 22 est défini par l’intersectionavec le méridien de P de la droite ~’ faisant avec
l’équa-teur
(fig. 5) :
l’erreurpossible
sur son ordonnée est
2YJ/sin
l’erreur sur estDans le second cas, on sait que le
point
M est situé sur un certain méridienD,
ouplus
exactement entre deux méridiensD,
etD2
distants dupremier
de9--j.
Larota-tion
et l’homothétiePO’/PM=1/2
sin(0/2)
transfor-ment D en une droite D’ faisant
l’angle ~
avec lesméri-diens,
et s est l’ordonnée dupoint
0’ d’intersectionavec le méridien 0 connu ; les droites
Di
etD2
sonttransformées en deux droites
D’,,
D’2
distantes de Dde ’r, 1 sin
(0)2)
(fig. 6)
et l’erreurpossible
sur l’ordonnée de 0 est :On voit que le
rapport
estégal
à cos8!~.
Comme,
dans l’un et l’autre cas, on nepeut
obtenir unepréci-sion
acceptable
que si sin n’est paspetit,
on voit que lapremière
méthode esttoujours
supérieure
à la seconde. Pour une valeur de l’erreur depointé
-fi -1/,
qu’on
nedépasse
pas avecl’analyseur photoélectrique,
les erreurs
3±1
et o~z sont données par le tableau suivantTABLEAU I.
b)
Mesure directe. - La méthode est trèssimple.
Le
poinriscur
etl’analyseur
étantcroisés,
on tourne lalame active jusqu’à rétab!irrég:dité(fig.
mesuredans cette
position,
avec lequart d’onde,
la faibleellip-ticité
pm
de la vibrationémergente
et on a E- 8,,
(rela-tion
3). La
méthodeappartient
aupremier
groupe, laprécision
est de 1 à 2minutes,
pourvu que le retard soitsupérieur
à 60°. Elleprésente
en outrel’avantage
de ne pas faire intervenir dans le calcul la valeur
de 0,
et de donner un résultat
indépendant
des erreurs demesures de fi.
c)
Détermination des azimutsd’égalité.
- C’estune méthode du second groupe ; on détermine l’azimut
de la lame pour
lequel
la vibration rétablie est sur le méridien de P(fig. 7 a).
Elle nous a servi seulement â.vérifier les résultats de la
première
méthode dans le domaine 4 358-3 000 t~.Mais,
deplus,
ellepermet
en uti-lisant les mesures de 6 faites par la méthode d d’élendreles mesures
jusqu’à 2
537 Àpuisque
les déterminationsportent
sur les azimutsseulement ;
dans ce dernierdomaine,
d’ailleurs,
laprécision
s’améliore parce que lesangles
à mesurer deviennentplus
grands.
Fig. 7 a et b.
Nos lames ont toutes une
dispersion
suffisante pourqu’il
y aittoujours
pour chacune une raie du mercurepour
laquelle
elle estapproximativement
demi-onde,
ce
qu’on
saitd’après
les mesures de 0. Dans ce cas,lorsqu’on
est à l’azimutd’égalité,
l’axe de la vibrationprivilégiée
de la lame estparallèle
à la vibration donnée par lepolariseu r (fig. 7 b);
enpassant
à une an trelongueur
d’onde,
l’axe de la vibrationprivilégiée
nechange
pas ; on détermine alors le nouvel azimutd’égalité
(fig.
7a),
et sa différence avec le
précédent;
commeon connaît par
l’étalonnage préliminaire (voir
ci-dessous,
d),
on a : e _2C(m tg 0/2
(relation 4).
La seule difficulté
expérimentale
vient de ce que lezéro de
l’analyseur
varie avec lalongueur
d’onde,
par suite d’unelégère
inégalité d’épaisseur
desplages,
et àcause des réflexions
multiples
à leur intérieur. Ces variationsqui
sont très faibles(~’
à 3’ d’un boutà l’autre duspectre)
peuvent prendre
del’importance,
à causede la
petitesse
desangles
à mesurer. On élimine ces erreurs en déterminant à l’avance le zéro del’analyseur
pour
chaque
longueur
d’onde.d)
Mesure simultanée de 0 et de’E par des mesuresd’azimuts. - On commence
par déterminer la
position
de la lame danslaquelle
la vibrationprivilégiée
estparallèle
à la vibration dupolariseur;
onopère
pourFjg. 8 a et b.
étant connue, on revient à la radiation
considérée,
ontourne la lame de
-~ x
puis
de - a(points
Li
etLa
surla
sphère, fig.
8a).
Onpointe
la vibration sortante dans chacune de cespositions;
on connaît ainsiPHi
etPH2,
d’où :Li
Hi ==
etL2lI2
-2~2’
ai et ~2désignant
lesvaleurs
algébriques
des arcs surl’éqnateur.
Ces donnéespermettent
de calculer simultanément 6 et s(fig.
8b).
Eneffet,
dans letriangle rectangle
Li 0,P,
enposant
et
O’jP==2¡,
on a les relationscos2 y
cos 2 1 cos 2 ;Lgr,
= sin z cot2 c; dans letrian-gle
0’ iNE,
on a :
---et la formule des
quatre
éléments consécutifs donne :cot 2y
cos c = sin 2 sin(0
-’fJ) --
cos(0
-)
cot 2 à,
(8)
En
négligeant
les termes enles
relations relatives autriangle
L,
0’,P
deviennent et r, - Ecot9-2,
cequi permet
rle mettrel’équation
(8)
sous la forme :eût 2 x = e sin 8
+
cot 2 al
(cos
0+ F-
sin 0(9)
la mesure dans la
position
- a donne defaçon
analo-guo : -.d’où par somme et par différence :
La seconde relation montre que est
un infiniment
petit
de l’ordre de ~; on a alors aupre-mier ordre :
On tire cos 0 de la
première
formule,
puis =-
de laseconde;
lacomparaison
aux mesures faites par lapre-mière méthode
permet
depréciser
lesigne
de 0.Nous n’avons utilisé cette méthode,
qui
est moinsprécise
que la méthodedirecte,
que dans le domaine 3 000-2 500 A.5.
Signe
dupouvoir
rotatoire. -a)
Mé-thode directe. - Nousavons vu
qu’il
y avait pour nos lames deux vibrationsprivilégiées
légèrement
elliptiques,
l’unegauche,
l’autredroite,
représentées
par les deuxpoints
0’ et0’,
sur lasphère (fig.
1);
l’une de cesvibra-tions,
que nousappellerons 0’,
a pourgrand
axe l’axecristallographique
duquartz,
et il nousfaut savoir quel
est son senspour un signe
donné du
pouvoir
rotatoire dans la directionperpendiculaire
à l’axe. La théorieclassique
{1 )
*)
donne le résultat : si lepouvoir
rotatoire estdroit,
la vibrationprivilégiée,
dont legrand
axe est l’axe du
quartz,
estgauche;
lafigure
2 montre d’ailleurs que la vibrationelliptique
trans.mise à l’azimutd’égalité
est de même sens que la vibrationprivilégiée.
’
Fig. 9.
Pour déterminer le signe du
pouvoir
rotatoire,
il suffit donc de savoir si 1;1, direction duquartz
placée
à peuprès parallèlement
aupolariseur
est l’axeoptique
ou la direction
perpendiculaire,
et de déterminer si la vibration transmise est uneellipse
droite ou uneellipse
gauche.
Nous avons eu soin detoujours
marquer la direction de l’axe sur lesupport
dechaque
lame et dedisposer
la lame sur son cercle dans uneposilion
telle que,quand
le cercle était à une même division(135°),
l’axe soit sensiblementparallèle
à la direction devibra-TABLEAU II.
tion du
polariseur.
Demême,
l’axerapide
duquirat
d’ondeétaitconnu,
et,
pour toutes lesséries,
il était
paral-lèle à la direction de vibration dupolariseur quand
onlisait sur son cercle : la
(disposition
du cercle étaittelle
que, pour cetteposition
duquart
d’onde larota-tioii 1 (Îig
U)
del’analyseur
estpositive
quand
l’ellipse
est droite. On a donc finalement la
règle
du tableau II.b)
Méthode de mesures d’azimuts. - Dans les autres méthodes où les mesuresportent
sur les azi-mutsseulement,
il n’est pas utile de connaître ladisposition
de la lame dequartz;
eneffet,
si nousintervertissons les deux vibrations
privilégiées
duquartz,
lepoint
0’qui représente
la vibrationprivilé-giée
estremplacé
par lepoint
0’1
symétrique
parrap-port
àl’équateur
de lasphère
dePoincaré, mais
le sensde la rotation 0 est aussi
changé :
lesfigures
sontsim-plement remplacées
par leurssymétriques
parrapport
àl’équateur,
et lespoints
de cetéquateur, qu’on
déter-mine dans les mesures,restent’inchangés.
Lesigne
des azimuts mesurésdépend
seulement de la valeur absolue de 8 et dusigne
dupouvoir rotatoire.
Fig. 10. 1° 0
Déplaceinent
des azimutsd’égalité.
- La théorieclassique
montre que, pour un retardcompris
entre 0 et x(1),
l’azimut dugrand
axe de la vibrationellip-tique
1~~ transmise àpartir
d’une vibrationreciilignr
incidente Pparallèle
à l’axe est un peu à droite decette vibration pour un
pouvoir
rotatoire droit : leschéma
correspondant
à cette indication sur lasphère
de Poincaré est donc celui de la
figure
10 a et le schémacorrespondant
pour l’azimutd’égalité
est celui de lafigure
10b : ilcorrespond
à une rotation àgauche
de la lame. Pour 0plus grand
que on a, aucontraire,
les deux schémas 11. Comme le cercle
qui
porte
la lame dequartz
estdisposé
defaçon
telle que les lecturesaugmentent
quand
on tourne àdroite,
lesigne
duquartz
est lié à celui dudéplacement
PL/2
de l’azimutd’égalité
par le tableau suivant :(1) Nous désignons ici par 0 l’excès du retard 2 r (ne -
no) ~~~
sur un multiple entier 2 k x de 2 7t.
TABLEAU III.
., -- -. - - - - . - - . -
--2(, iliéthode de mesure de 0 et de s. -
La-formule (19-)
que cot
2il
+
cot2,x2
conserve le mêmesigne
pour toutes les valeurs de acomprises
entre 0 et 22°5or, pour
a= 0,
lesangles 2 al
deviennentégaux
entre eux etégaux
aux arcs PH desfigures
10 a et 11 a, de sorte que lesigne
decotg
2il
+
cot222,
est le même que celui de PH etqu’on
peut
facilement dresser un tableauanalogue
auprécédent ;
le cercleanalyseur
étant àgauche,
on a :TABLEAU IV.
La détermination la
plus
difficile est donc celle de la méthode directequi
nécessite la connaissance de l’axe de la lame dequartz
et de l’axerapide
duquart
d’onde.Aussi,
avons-nous vérifié ces données deplu-sieurs manières : nous avons cherché d’abord l’axe lent du
quart
d’onde en utilisant la méthode donnéepar M. Cotton
(1). Nous
avons vérifié le résultat encom-parant
auNorremberg
notrequart
d’onde à unquart
d’onde de constructeur où l’axe était
marqué.
Nous avonsensuite
comparé
lequart
d’onde à nos lames dequai tz
minces, directement,
et reconnu que l’axemarqué
parle constructeur des lames était exact. Pour les lames
épaisses,
nous avonscomparé
d’abord notrequart
d’onde à un
quartz compensateur
deconstructeur,
puis
celui-ci aux lamesépaisses :
en croisant les axes de la lame inconnue avec ceux duquartz compensateur,
auNorremberg,
on faitapparaître
unefrange
noirecarac-téristique.
Enfin,
pour les lamesépaisses,
nous avonspu reconnaître directement la direction de l’axe en les
examinant au
Norremberg
par la tranche(cf
parag. 6).
Les résultats de toutes ces déterminations ont été très
concordants;
dans cesconditions,
lessignes
donnés par la méthode directe nousparaissent
trèssûrs,
etdans toutes les séries de mesures, nous n’avons
jamais
observé de discordance avec les résultats des méthodes de mesures d’azimuts.
Résultats.
6. Lames
employées. -
Nous avons utilisé des lames dequartz
parallèles
à l’axe de diversesépais-seurs
qui
ont toutes été taillées par Jobin etYvon,
etdans
lesquelles
leparallélisme
des faces était réalisé à environ1/2
micronprès.
Lespremières
mesures ontporté
sur des lames mincesd’épaisseurs
169,2,
189 et187,2
~,qui
existaientdéjà
aulaboratoire;
on n’avaitmalheureusement pas
noté,
lors de laconstruction,
la nature duquartz
employé,
et les mesures nepeuvent
pas servir à comparer les
signes
despouvoirs
rota-toires suivant l’axe et suivant la directionperpendicu-laire. Nous avons alors étudié des lames que nous avons fait tailler
spécialement
dans duquartz
droit etgauche,
avec desépaisseurs
de 1 ou 2 mm ; lespetites
faces latérales ont étépolies,
de sorte que nous avonspu examiner au
Norremberg
les couleurs dedisper-sion rotatoire et mesurer au
polarimètre
lepouvoir
rotatoire pour des rayons les
ayant
traversées suivantl’axe,
suivant uneépaisseur
de 15 mmégale
à lalar-geur de la lame : nous avons ainsi vérifié que le
signe
du
quartz
était bien celuiqu’avait indiqué
leconstruc-teur.
7. Lame de
169,2
microns(Lame Qi).
- Nousindiquerons
en détail les mesures faites sur cette lame: les lames mincesprésentent
en effet un intérêtparticu-lier du fait que, à cause
précisément
de la faibleépais-seur, le retard 9 est bien
défini,
malgré
laprésence
deplusieurs longueurs
d’onde dans les radiations isolées par le monochromateur(cf.
parag.10).
On enjugera
par letableau suivant,
qui
donne les valeurs de 0 mesurées pour les diverses radiations et les valeurs del’épais-seur e
qui
s’en déduisent à l’aide cles valeurs de la différence ne -no données par les tables.
TABLEAU V.
a
Mesure directe de E. - Nousavons mesuré e pour les
quatre
azimutsd’égalité
à 90" l’un del’autre;
pour chacune de cespositions,
nous avons amenésuc-cessivement le
quart
d’onde dans lesquatre
orienta-tions pourlesquelles
une de seslignes
neutres estparallèle
à la vibration sortante dupolariseur
et mesuré ainsi deux valeurs de 3 et deux valeurs de~’;
nous prenons la moyenne des seize valeurs absolues de
IDOVCU
8 et de ’ et nous calculoiis : par la formule e
cos
,cos §
où
/2 - ff
est le retard duquart
d’onde. Nousdon-nons d’abord comme
exemple
le tableau d’une sériecomplète
de seizepointés pour A
= 366.TABLEAU VI.
Moyenne
et écart moyen :Moyenne générale :
Comme
vérification,
onpeut
remarquer que lerap-port
~~~/!~~== 1,045
est bienégal
à la constante J¿2 ==1,050
donnée parl’étalonnage
duquart
d’onde :nous pensons donc que la valeur de E mesurée est exacte à 1 ou 2 minutes
près.
En cequi
concerne lesigne,
toutes les mesures sontconcordantes;
la pre-mière valeur de a donnée(-
24’)
correspond
à uneposition indiquée
auparagraphe 5
(lame
à135°,
quart
d’onde àts~") :
l’ellipse est gauehe
et lepouvoir
rota-toire droit. Toutes les radiations donnent le même
signe
de E. Voici le tableau des valeurs obtenues pourles radiations pour
lesquelles
la lame est assez loind’être onde pour que la mesure soit
possible.
TABLEAU VII.
b)
Déplacement
des azimutsd’égalité.
- La lameest
approximativement
demi-ondepour A
= 3h6 : nousmesurons donc les azimuts à
partir
de laposition
don-née par celte radiation. LedéplaceJ/lent
estparfai-teruent
ruesurable,
comme le montre le tableau suivant d’une série de mesures pour les raies 366 et 30‘~.TABLEAU VIII.
Le tableau IX donne les valeurs moyennes de a
obtenues pour différentes raies et les valeurs de a
cor-respondantes.
Les
signes
changent
bien suivantqtie fi
7t oit 0 > T et,d’après
le tablea2c du parag.5,
indiquent
unpouvoirs
TABLEAU IX.
c)
Mesures simultanées de F- et de 0. - Nousdon-nerons comme
exemple
de cette méthode les mesuresfaites
pour À = 2 537
avec a = ~~°30’(cotg 2
a=1) :
TABLEAU X.
D’après
les remarques duparagraphe
5,
l’arc PH de lafigure
10 a estpositif
si 6 estinférieur arc,
etle pouvoir
rotatoire est droit. Il faut remarquer que E estapproxi-mativement
proportionnel
à la valeur de a~+
c1hqui
n’est que de 20’ : l’erreur relative sur F-
peut
donccer-tainement atteindre 20 % ; une autre série de mesures
a effectivement donné 42’ et cette mesure
n’indique
guère qu’un
ordre degrandeur.
Les mesures faites sur les diverses raies ont toutes donné le même
signe
dupouvoir
rotatoire :droit;
ontrouvera leurs résultats au tableau
récapitulatif
de la fin duparagraphe.
d)
Mesures de contrôle. - On se rend facilementcompte
à l’examen de lafigure
8,
que l’onpeut,
con-naissant
LiP== 2
aet L10’i = E,
calculer l’arcH1E
== 2 ~.
Inversement, ayant
placé
la lame à l’azimut a parrap-port
aupolariseur
etayant
mesuré avec lequart
d’ondel’ellipticité ~
de la vibrationtransmise,
onpeut
calculer E. Nous avons fait diverses mesures de ce
type
avec des azimuts a
compris,
suivant lesraies,
entre 0° et19°,
et donnant desellipticités j3
très
faibles : leurs résultatsfigurent
dans le tableauXI;
laprécision
obtenue sur e y est du même ordre(1
à 2minutes)
quedans les mesures directes.
e)
Mesuresphotométriques. -
Nous avons voulu vérifier que l’azimut de minimum tel que le définitSzivessy
est bienindépendant
de lalongueur
d’onde et diffère bien de l’azimutd’égalité lorsque
la lame n’est ni onde ni demi-onde. Lacellule
photoélectrique
nouspermet,
après
avoir écarté lesystème
deplages,
demesurer le flux transmis entre nicols croisés pour
dif-férentes
positions
de la lame : la courbe a de lafigure
12représente
pour la raie 302i les variations ducourant
photoélectrique
en fonction de l’azimut de lalame. L’azimut du minimum est très bien déterminé par la
position
de l’axe desymétrie
de la courbe : la lecturecorrespondante
est45°,82.
Cette mesure a été faite immédiatementaprès
les mesures d’azimutd’éga-lité
rapportées plus
haut(tableau
VIII), qui
avaientdonné pour
azimut 461,00
pour 30~~ et45~,82 pour 3 665 :
il n’est pas douteux que l’azimut de minimum etl’azi-mut
d’égalité
ne coïncident pas pour la raie 3021 ;
ils coïncident pour la raie 3 665 pourlaquelle
la lame estdemi-onde et l’azimut de minimum est bien le même
(45°,82)
pour les deux raies.Fig.i2.
La courbe B de la
figure
12 a été tracée avant la courbeA,
la lame étantenlevée,
pour déterminerexac-tement la
position
del’analyseur qui correspond
à l’extinction : ellereprésente
les variations du courantphotoélectrique amplifié lorsqu’on
tournel’analyseur.
Fig. 13.
La connaissance des courbes A et B
permet
aussi de calculer ê. Entre nicolsseuls,
eneffet,
la loi de varia-tion du courantphotoélectrique
est : I =la
(k2
+ 4
a2),
k2désignant
les lumièresparasites.
Aucontraire,
entre nicolscroisés,
endéplaçant
la lame dequartz,
on a la variation Il donnée par(fig.
13) :
Ayant
tracé les courbesexpérimentales,
onpeut
déter-miner leurséquations
on a
alors,
en identifiant et éliminantk~,
la relationn convient de remarquer que les mesures
photomé-triques
sontbeaucoup
moinsprécises
que les mesurespolarimétriques :
nous donnons toutefois les valeurs de zcorrespondantes
dans le tableauXI,
pourmon-trer que les
effets
photoniétriques
sontprévus
par lathéorie avec une à celle de leur
mesure.
f )
Mesures relatives à ), = 334. - Pour cetteradia-Fig. 1.!i,
tion la
lame Qi
est presque onde et ilest
impossible
de déterminer l’azimutd’égalité
et de mesurer s par lesmé-thodes ordinaires. En
effet,
la droite 0’ de lafigure
14 est presque verticale et des erreurs depointé
minimes surl’azimut donnent des
déplacements
considérables enellipticité.
Nousavons
opéré
de la manière suivante :on connaît l’orientation de l’axe par les mesures sur la raie 366 où la lame
est
demi-onde;
on oriente la lame demanière que l’axe soit
parallèle
à la vibration donnée par lepolariseur;
la vibrationpri-vilégiée
est en0’ ù
sur le méridien deP,
la vibration sortante estMo
avecPHo
== 2 a = E sin 0. Deuxazi-muts de la lame
symétrique
parrapport
à l’ donnent des vibrationsémergentes
représentées
par despoints
d’azimutssymétriques
parrapport
à7/o ;
-, la moyennes de ces azimuts donne donc ces mesuresconcor-dent avec le
pointé
direct delllo,
elles donnent sur le cercle del’analyseur,
dont lagraduation
estgauche,
a _-_. - 3’5 ±
U’~,
d’où,
en valeur absolue, E = 25’ ± 3’5.La
figure
15 est la même que lafigure
11 a, lesigne
dupouvoir
rotatoire se déduit donc par larègle
du. tableau IV : la rotation est droite.q)
Tableaurécapitulatif.
- Le lableau XIdonne-l’ensemble des valeurs obtenues par les diverses mé-thodes. Les valeurs en caractères gras sont celles
qu’ont
fournies les méthodes lesplus précises,
leur erreur nedépasse
pas 1 à 2minutes ;
ce sont les seulesqui
aient été retenues pour le calcul des moyennes correspon-dantes. L’accord desdifférentes
mesui-es entre ellesn20ntre que tous les résultats sont bien
interprétés
par f existence de vibrationshrivilé,giées elliptiqites
d’ellip-ticitéE/~-)
correspondant
à unpouvoir
rotatoire droit. Lalame
présente
d’ailleurs bien le caractère fondamental de la rotation naturelle : en la retournantface
pour-face,
on obtient les mêmes résultats engrandeur
et ensi,qne.
TABLEAU XI. - Lame de
9 6 ~, ~ a.
8. Autres lames minces. -
a)
LameQ2
d’épais
seur e =189 ~. - Nous avons fait
avec cette lame les mêmes mesures
qu’avec
laprécédente
auxparagraphes
a,
b,
c. Nous donnons les valeurs de e obtenues dans letableau XII. Il Y a bon accord avec les résultats de
Q1;
b)
LameQ3
(187,4 p.).
- Pour cettelame,
nousavons mesuré 0 et e seulement pour les raies
404,
334 et 302. Les résultats sontindiqués
sur le tableau XVII du dernierparagraphe,
ils sont les ntêmes en.grandeur
.et en
signe
que pourQi
(1).
9. Lames de 1 millimètre. -
a)
Lame dequartz
gauche. -
Pour cettelame,
nous avons mesuré E parmesure directe et par
déplacement
deslignes neutres;
nous avons mesuré aussi 6 ; les résultats sont donnés autableau XIII. On pourra comparer ces résultats à ceux
des lames minces sur le tableau XVII : ils sont en
général
bien concordants. En
particulier,
tous lessignes
obtenusconcordent,
la rotation estdroite,
son sens estopposé
à celui de la rotation selon l’axe.TABLEAU XIII. - Larne de 1
nim.
b)
Lame dequartz
droit. - Nous avons mesurél’épaisseur :
995~.,
et nous avons déterminé E. et 6 pour les deux raies 366 et 313. On trouvera les résultats autableau XVII. La rotation
est gauche,
cequi con firme
la -conclusion duparagraphe
précédent.
10. Lames de 2 millimètres. -
a)
Lame de,quartz
gauche.
-- Pour cettelame,
nous avons d’abordprocédé
comme pour les lamesprécédentes :
dans le domaine436-302,
nous avons mesuré 0puis F-
par laméthode directe et par la mesure du
déplacement
de l’azimutd’égalité ;
les résultats de ces mesures sontdonnés au tableau XIV. On
voit,
àl’examen de cetableau,
que les valeurs obtenues pour E sont nettement
plus
petites
que cellesqui
résultent de l’ensemble desmesures sur les lames
plus
minces ;
lessignes
sont à vrai dire satisfaisants sansexception,
lepouvoir
rota-toire est
droit,
mais des valeurs absolues estsys-tématique
et trèssupérieur
aux erreursd’expérience.
TABLEAU XIV. - Lame de 2 nU1l.
Nous avons
pensé
que ces écarts étaient dus àl’épais-seur
trop grande
des lames : la lumièreemployée
nepeut plus
être considérée commemonochromatique,
pourdes
biréfringences
aussi considérables(0
atteint l 2uÍ~),
est il est facile de voir que, pour les raies
employées,
leretard de la lame
peut
varier dequantités importantes
entre les différentes radiations des groupes de raies
qu’isole
notremonochromateur ;
ces variationspeuvent
atteindre 1800 dans les cas lesplus défavorables,
(1) Le résultat relatif à la raie 302 n’est pas très précis, leretard 6 étaat un peu trop oisin de 12 x.
comme pour la raie 4046-4077. L’action de la lame sur la vibration sortant du
polariseur
estreprésentée
sur la
sphère
de Poincaré par lafigure
9~ : lesvibra-tions
émergentes
sontfigurées par les points
M2’...
en nombre
égal
à celui descomposantes
simples
de la raie. Si l’axe de la vibrationprivilégiée 01
ne fait pas untrop grand angle
avec la directionde
vibration dufigure
formée par lespoints
P,
0’,
reste,
d’après
la théorie du cas
classique,
semblable à unefigure
fixequand
lepoint
0’varie ;
d’après
unepropriété
connuedes centres de
gravité,
lafigure
reste aussi semblable à unefigure
fixe,
l’angle
= 0 estcons-tant ;
c’est le retardapparent
de la lame.L’angle
= P est aussi
constant,
donc aussi lerapport
la
différence
avec le casdes vibrations
monochromatiques
est que letriangle
PO’M n’est pas isocèle.
Fi g. 1 f).
On
peut
alorsreprendre
la théorie que nous avonsfaite dans le cas d’une vibration
monochromatique :
appelons
maintenant ~G la vibrationprivilégiée
de lalame;
déplaçons
lalame,
lepolariseur
restantfixe;
L décrit la droite à à la distance s del’équateur
et vI décrit une droite A’qui
se déduit de A par la rotationP et l’homothétie de
pôle
P(fig.
16).
Nous voyonsqu’on
peut
définir encore un azimutd’égalité
et unazimut de
minimum,
mais que cesquantités
nesuf-fisent
plus
à déterminer e,puisque
letriangle
n’est pasisocèle,
cequi explique
les résultats erronésdu tableau XIV. En
particulier,
il résulte de lafaçon
même dont est défini lepoint
ikl(fig. 15)
que l’ona
toujours
L.11 LP. L’ordonnée2fim
= corres-°
pondant
à l’azimutd’égalité
esttoujours
inférieure à2 ê,
la J1IaeSll1’e directe de Efournit
toujours
des résultatstrop
faibles.
Fig. 16.
Nous avons
employé
alors une nouvelle méthode pour atteindre 0 : pourplusieurs
positions
voisines de l’azimut desymétrie,
nous faisonsl’analyse
complète
de la vibrationémergeant
de la lameL ;
nous connais-sons ainsi les deux coordonnées deplusieurs points
de la droite0’,
nous pouvons la construire exactement et.
mesurer alors : 1e
l’angle
P;
2° lalongueur
dontse
déplace
la vibrationquand
la lame estdépla-cée d’une
longueur
LL’ et par suite lerapport
=
PMjPL==k;3°l’ellipticité
gnt
à l’azimutd’égalité
- ~ ~~~.
On a la formule : Fig. 47. . ’ /On
peut
également,
des mesures de k et P faites surle
graphique,
déduire la valeur de 8 par la relationFig. 18.
et vérifier que cette valeur est bien celle
qui
a ététrouvée
par la mesure de la biréfrin-gence.Fig 19.