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Master M1 – Optique Solaire
Polarimétrie
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Linéaire //Oz Linéaire à 45°
circulaire elliptique
45°
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π
σ+ et σ-
Polarisation des composantes
linéaire
Circulaire droite et gauche
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A et B indépendants de t
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A et B indépendants de t
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Si φ = 0 la polarisation est linéaire.Si φ ≠ 0 la polarisation est elliptique.
Si φ = ± π/2, la polarisation est circulaireseulement lorsque a = b(|A| = |B|).
tan(2α) = [2 a b / (a2 – b2)] cos(φ)demi grand axe ga : ga = [sin2(φ) cos(2α) / ( cos2(α) / a2 − sin2(α) / b2 )]1/2
demi petit axe pa : pa = [sin2(φ) cos(2α) / ( cos2(α) / b2 − sin2(α) / a2 )]1/2
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Sin = [AA*+BB*, AA*-BB*, AB*+A*B, i(A*B-AB*)] = (I,Q,U, V)
AA*=1/2(I+Q), BB*=1/2(I-Q), AB*=1/2(U+iV), A*B=1/2(U-iV)
*****
Sin = [I in, Qin, Uin, Vin] et Sout= [Iout, Qout, Uout, Vout]
Polariseur d’axe 0x: Ein= (A, B, 0) � Eout = (A, 0, 0)
Sout = [AA*, AA*, 0, 0] � d’où la matrice de passage
Polariseur d’axe 0y: Ein= (A, B, 0) � Eout = (0, B, 0)
Sout = [BB*, -BB*, 0, 0] � d’où la matrice de passage
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EXPERIENCES AVEC UN POLARISEUR
- polarisation linéaire du ciel bleu (diffusion Rayleigh sur les molécules, polarisation max à 90° du soleil)
- polarisation par réflexion métallique (ex: voitures) par différence des coefficients de réflexion de E// et E_|_
- polarisation linéaire des écrans plats TV
- réflexion vitreuse sous incidence de Brewster entre deux diélectriques (élimination de la composante E// dans le plan
d’incidence défini par la normale à la surface et le rayon lumineux incident lorsque tg i = n2/n1)
• ex1: Réflexion air/verre i = 56° (ex: pare brise voitures)
• ex2: Réflexion air/eau i = 53° (ex: étang, lac)
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EXPERIENCES AVEC DEUX POLARISEURS
α
Polariseur 1 Polariseur 2
Polariseurs superposés I = I0 cos2 α
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EXPERIENCES AVEC UN CRISTAL BIREFRINGENT ET UN POLARISEUR
// _|_
Un polariseur met en évidence
deux polarisations
linéaires orthogonales en sortie du cristal
biréfringent
cos(2ϕm) = (ne2 – no
2) / ( ne2 + no
2) et dm/e = (no2 – ne
2) / (2nen0)
Séparation maximale dm pour ϕ = ϕm avec
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Biréfringence: 2 images du même point
Vision au travers d’un polariseur tournant: les 2 images sont
polarisées dans des directions orthogonales
L’image 2 tourne autour de l’image 1
par rotation du spath
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Courbe tension/retard d’un cristal liquide �
1 onde
1/2 onde
1/4 onde
0 onde
3/4 onde
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Sin = [AA*+BB*, AA*-BB*, AB*+A*B, i(A*B-AB*)] = (I,Q,U, V)
AA*=1/2(I+Q), BB*=1/2(I-Q), AB*=1/2(U+iV), A*B=1/2(U-iV)
*****
Sin = [I in, Qin, Uin, Vin] et Sout= [Iout, Qout, Uout, Vout]
Retardateur d’axe 0x: Ein= (A, B, 0) � Eout = (A, Beiδ, 0)
Sout= [AA*+BB*, AA*-BB*, (AB*+A*B)cos δ+i(A*B-AB*)sin δ,
-(AB*+A*B)sin δ+i(A*B-AB*)cos δ]
= [I, Q, U cosδ + V sinδ, - U sinδ + V cosδ]
� d’où la matrice de passage
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EXPERIENCES AVEC UNE LAME RETARDATRICE QUART ONDE ET DEUX POLARISEURS
CONVERSION POLARISATION LINEAIRE/CIRCULAIRE (POLARISEUR CIRCULAIRE )
45°
Polariseur 1 Retardateur λ/4 Polariseur 2
incliné à 45° orientation quelconque
I out = Vout= ½ (Iin + Qin) Qout = 0 Uout = 0
Polarisation circulaire
Polarisation linéaire
αFaire varier α� sans effet
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EXPERIENCES AVEC UNE LAME RETARDATRICE DEMI ONDE ET DEUX POLARISEURS
ROTATION DU PLAN DE POLARISATION
45°Polariseur 1 Retardateur λ/2 Polariseur 2 // ou _|_
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Spectrographe: décomposition en
longueur d’onde de I+S et de I-S avec
S = Q, U ou V
Polarimètre: formation d’une combinaison
linéairedes paramètres de Stokes I, Q, U, V du
type I+Sou I-Savec S = Q, U ou V
Un spectro polarimètre, qu’est ce ?
Fente d’entrée du spectro
I±Q
I±Vquart onde
Demi onde
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Formule des réseaux sin i + sin i’ = k λ / dk ordre d’interférence; d interfente; i, i’ angles incidence, diffraction
I±Q
ou I±U
ou I±V 1D
2D
λ, x
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Quantités dispersées par le spectro: exemple de I±V
Exemple de FeI 6301 A et 6302 A sur une tache (effet Zeeman)
Exemple de FeI 5249 A et 5250 A sur une tache (effet Zeeman)
λ
λ
x
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Quantités dispersées par le spectro: I±V
On peut obtenir le module du champ magnétique en mesurant l’écartement Zeeman
Exemple de FeI 6173 en un point particulier d’une tache
(l’écartementZeeman en longueur d’onde entre les deux profils I+V
et I-V donne ||B||)
λ
x
λÉcartement Zeeman
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Quantités dispersées par le spectro: I±Q, I±U, I±V
Quantités obtenues par combinaison: I, Q, U, V
Exemple de FeI 6173 sur une tache (effet Zeeman):
la mesure des taux de polarisationQ/I, U/I et V/I
donne le vecteur champ magnétiqueà une orientation près
λ
x