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 un cristal
uniaxe positif. Pour la raie D (5893 Å) du sodium l'indice extraordinaire (selon
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, a l'angle entre une ligne
neutre du compensateur et la direction du polariseur et j
la différence de phase introduite par le compensateur.
L'intensité émergeante
est donc I = I0.sin22a.sin2j/2.
Pour une valeur donnée du déphasage, l'intensité sera maximum si a
= 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, a l'angle entre une ligne
neutre du compensateur et la direction du polariseur et j
la différence de phase introduite par le compensateur.
L'intensité émergeante
est donc I = I0.sin22a.sin2j/2.
Pour une valeur donnée du déphasage, l'intensité sera maximum si a
= 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.
Auguste BRAVAIS (1811-1863) Opticien et cristallographe.
Jacques BABINET
(1794-1872) Physicien (école Polytechnique).