Un compensateur est un dispositif qui permet d'introduire dans un système optique une différence de marche variable et mesurable. Il est formé de lames cristallines dont une partie est mobile.
En général les lames sont en quartz, matériau mécaniquement et chimiquement robuste.
Le quartz (groupes d'espace P3121 ou P3221 ) un cristal uniaxe positif (axe optique orienté selon l'axe ternaire).
Pour la raie D (5893 Å) du sodium l'indice extraordinaire (qui correspond à l'axe optique) vaut ne = 1,5533 et l'indice ordinaire vaut no = 1,5442. Pour une lame taillée parallèlement à l'axe, les deux vibrations privilégiées sont Ox (normale à l'axe) et Oy (parallèle à l'axe). Pour ces radiations, la différence de marche pour la raie D vaut une longueur d'onde pour une épaisseur de 64,4 µm.
Compensateur de Bravais.
Le compensateur de Bravais est constitué de deux lames. La première dont l'axe est horizontal est coupée de façon à constituer deux prismes de même angle a (petit). Le premier coin est fixe et le second est mobile grace à une vis micrométrique : l'ensemble est équivalent à une lame à face parallèle d'épaisseur e1 variable. La seconde lame à son axe vertical et une épaisseur e2. Les axes des lames étant croisés, l'ensemble introduit une différence de marche :
d = (ne − no)(e1 − e2) = (ne − no).e.
Cette différence de marche est une fonction linéaire du déplacement vertical du coin mobile. Elle peut être mesurée grace à la vis micrométrique
Utilisation du compensateur de Bravais :
Il faut travailler en lumière parallèle monochromatique et placer le compensateur entre polariseur et analyseur croisés.
Soient I0 l'intensité incidente, α l'angle entre une ligne neutre du compensateur et la direction du polariseur et φ la différence de phase introduite par le compensateur.
L'intensité émergeante est donc I = I0.sin22α.sin2φ / 2.
Pour une valeur donnée du déphasage, l'intensité sera maximum si α = 45°.
Choix de l'angle des coins :
Si l'on désire (par exemple) que un déplacement de 1 mm du coin mobile corresponde à un déphasage de une longueur d'onde, il faut que tg(a) = 64,4 µm / 1mm = 0,0644 soit a = 3° 41'.
Pour améliorer la précision des pointés, il faut utiliser un analyseur à pénombre. Une fois l'appareil réglé à vide (plages d'égale luminosité), il suffit de placer l'objet à étudier et de déplacer la vis micrométrique pour rétablir l'égalité d'éclairement et de lire le déphasage sur la graduation de la vis.
Compensateur de Babinet.
Le compensateur de Babinet se compose de deux coins de quartz de même angle a (petit) traversés par une lumière normale à l'axe optique, mais pour un coin l'axe optique est parallèle à l'arête alors que pour l'autre, il lui est normal. L'un des coins est mobile au moyen d'une vis micrométrique. La première lame retarde la vibration horizontale et la seconde retarde la vibration verticale : les effets des deux coins sont opposés. Soit l'axe Ox vertical et dirigé vers le bas. L'origine correspond à l'égalité d'épaisseur des deux coins.
La différence de marche introduite par le compensateur est d = 2.(ne − no).x.tg(a).
Soient I0 l'intensité incidente, α l'angle entre une ligne neutre du compensateur et la direction du polariseur et φ la différence de phase introduite par le compensateur.
L'intensité émergeante est donc I = I0.sin22α.sin2φ / 2.
Pour une valeur donnée du déphasage, l'intensité sera maximum si α = 45°.
Comme le déphasage varie linéairement avec x, l'éclairement varie sinusoïdalement avec x. On observe un système de franges rectilignes, équidistantes et parallèles à l'arête du coin.
En lumière blanche seule la frange centrale (différence de marche nulle) sera parfaitement noire. Les autres franges seront irisées.
Pour faire une mesure, il suffit de pointer avec un réticule la frange centrale à vide, de placer l'objet à mesurer et de ramener avec la vis du compensateur la frange centrale sur le réticule et de lire le déphasage sur la vis graduée de la vis micrométrique.
Utilisation :
Le rectangle blanc figure l'objet dont on veut mesurer la différence de marche.
La position des divers axes optique est précisée sur le schéma tracé dans un plan normal au trajet des rayons lumineux.