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POLARISATION DES RAIES DE DIFFUSION
BRILLOUIN DU QUARTZ
M. Boissier, Ch. Bouhet, L. Cecchi
To cite this version:
POLAR1 SATION DES RAIES
DE DIFFUSION BRILLOUIN DU QUARTZ
par M. BOISSIER, CH. BOUHET et L. CECCHI
Laboratoire de Physique de 1'Etat Cristallin. Faculté des Sciences de Montpellier
Résumé. - Le montage a permis d'étudier de façon partielle l'état de polarisation des raies diffusées par deux échantillons de quartz. Les résultats ont été comparés ailx prévisions théoriques (L. Cecchi, Thèse, Montpellier 1964).
Abstract. - The apparatus used allowed us to make a partial study of the state of polarization of the lines scattered by two samples of quartz. The results are compared with theoretical predictions. 1. Principe des mesures.
-
A la température ordi-naire, les flux diffusés dans une raie Stokes ou Antisto- kes sont égaux et ont des expressions telles que :
A et P désignent les états de polarisation des faisceaux à
l'entrée et à la sortie du cristal ; nA est l'indice de pro-
pagation dans la direction q i pour une vibration inci- dente polarisée selon A, n, la quantité équivalente pour une vibration diffusée P, q, (Fig. 1). K est la constante
de Boltzmann, T la température absolue, d le diamètre du cylindre diffusant, o l'angle solide de diffusion,
A,
la longueur d'onde excitatrice (2 536,52A).
Pour chaque fréquence Brillouin, on obtient quatre combinaisons(PA?, (PAQ, ( P B ~ et (PBe. Ces flux sont proportionnels
aux que I'on sait évaluer théoriquement en fonction de l'orientation du cristal par rapport aux rayons et aux quatre valeurs du terme fonction des indices (L. Cecchi, Thèse, Montpellier 1964, tableau VIII. 2, p. 175).
La vérification expérimentale idéale consisterait à
comparer les différents flux qAP, qAQ, qBP, qBQ ; il faudrait, pour cela, polariser le faisceau incident et analyser le faisceau diffusé : les quatre combinaisons pourraient ainsi être étudiées séparément. Mais le fais- ceau incident était trop ouvert pour que cela fût pos- sible et seule l'analyse du faisceau diffusé a pu être entreprise. Le cristal était éclairé en lumière naturelle (ce point a été vérifié) ; on peut donc remplacer @,
par @,/2 dans la formule donnant l'expression du flux. Les interférogrammes permettent de mesurer
q v = qAP
+
qBP et (P, = qAQ+
qBe à flux incident constant et I'on sait relier ces quantités auxP.
2. Principales caractéristiques du montage expéri- mental. (op. cit., p. 79).
-
Nous utilisons une source àHg,,,, rectangulaire, de surface 4,60 cm2, excitée par un générateur haute fréquence. Un monochromateur
à réseau isole dans le flux diffusé à 900 une bande de fréquence analysée par un interféromètre de Fabry- Perot enregistreur. (Balayage en longueur d'onde par variation linéaire de pression, Photomultiplicateur
EMI 6256 S à grande sensibilité.)
Pour les mesures de polarisation on interpose un prisme de Foucault escamotable sur le faisceau diffusé ;
il est important de remarquer que le monochromateur à
réseau désavantage beaucoup les composantes hori- zontales qui sont déjà très faibles. Dans notre cas, le rapport des transmissions z, et z, pour des vibrations respectivement perpendiculaires et parallèles aux traits du réseau est égal à 0,260 à 2 537
A.
De plus la rotation du Foucault nécessite une retouche de réglage pour compenser le déplacement latéral du faisceau. Ces difficultés ont été ainsi résolues :Le prisme de Foucault, placé en permanence derrière le trou d'entrée du monochromateur ne laisse passer que les vibrations V, c'est-à-dire parallèles aux traits du
C 2 - 6 4 M. BOISSIER, CH. B( IUHET ET 1,. CECCHI réseau, et tout le montage est réglé dans cette podtion.
Nous interposons entre le trou d'entrée et le Foucault la partie mobile d'un compensateur de Soleil qui se comporte comme une lame de quartz perpendiculaire d'épaisseur variable. Un étalonnage préalable a permis de repérer les positions correspondant aux rotations zéro et n/2 (à kn près).
On enregistre donc cp, en position zéro et cp, en position 4 2 . Tout le montage reste identique à lui- même et il est facile de passer d'un enregistrement V à
un enregistrement H et inversement.
3. Technique des mesures. - La diffusion sans changement de longueur d'onde ((< fausse diffusion »)
apparaît sur les interférogrammes. Cette raie n'est pas élargie et les mecures de flux sont directement déduites de celles des hauteurs des pics.
En ce qui concerne la diffusion Brillouin, les compo- santes de fréquences différentes, dues aux ondes élasti- ques longitudinale et transversale, ne sont pas entière- ment séparées ; il se produit de plus un élargissement dû à la convergence du faisceau incident (op. cit., p. 66). Il est donc nécessaire d'évaluer les aires enveloppées sur un ordre, après avoir débarrassé chaque enregistre- ment des pieds de la fausse diffusion par un procédé graphique, et apporté une correction nécessaire à la ligne du zéro de lumière. Les rapports (aire V/aire H ) sont alors égaux aux rapports (flux V/flux N).
4. Résultats. - QUARTZ no 1. Cet échantillon diffuse selon I'axe ternaire et doit donner des raies complètement dépolarisées. On peut en effet, décompo- ser le volume diffusant en tranches infiniment minces parallèlement à la direction d'incidence, le plan de polarisation de la lumière diffusée par une tranche tourne d'un angle fonction de la position de celle-ci et il se produit un effet de moyenne dû à la valeur élevée {1450/mm à 2 537
A)
du pouvoir rotatoire du quartz Icf., pour le détail du calcul : op. cit. p. 1281.Expérimentalement, les enregistrements V et H sont identiques, les rapports c p H / q v sont égaux à 1 (à 1
%
près) aussi bien pour la diffusion Brillouin que pour la fausse diffusion. Ces résultats sont en parfait accord avec les prévisions et confirment indirectement la validité de la méthode utilisée.QUARTZ no 2 (Fig. 2).
-
OZ est I'axe ternaire, O U et OV sont perpendiculaires à OZ et font un angle a = 100, 5 avec OX et OY.-
Position VÜ-
(faisceau incident selon+
V, diffusé selon-
U ) .calculé = O, 11 Diffusion Brillouin :
%f
expérimental = 0.17 a Fausse diffusion » :
(El
expérimental = 0,57-
Position Z U - (incident selon+
2, diffusé selon-t U ) .
calculé = 0,13 Diffusion Brillouin :
expérimental = 0,20 (( Fausse diffusion D :
(E)
expérimental = 0,49. 5. Conclusion.-
La difficulté principale des mesu- res est due à la très faible valeur des flux enregistrés, pour les enregistrements H , surtout. Nous pensons cependant que les rapports cpH/cp, étaient connus avec une erreur n'excédant pas 10%,
parce qu'obtenus par des mesures relatives.La fausse diffusion est partiellement polarisée, ce qui ne devrait pas être. 11 y aura lieu de s'assurer dans d'autres expériences que les flux étudiés ne contien- nent aucune trace de lumière parasite, de polarisation mal connue.
