🔮 Polarisation de la lumière

La loi de Malus indique que lorsqu'une lumière polarisée d'intensité I₀ traverse un polariseur idéal dont l'axe de transmission fait un angle θ avec la direction de polarisation de la lumière, l'intensité transmise vaut I = I₀·cos²θ. Dans la simulation, la lumière non polarisée perd d'abord la moitié de son intensité en traversant le polariseur 1 (puisqu'un faisceau non polarisé n'a pas d'axe privilégié), puis chaque polariseur suivant applique cos²θ selon la différence d'angle avec le précédent. Empiler trois polariseurs permet de voir cette atténuation multiplicative se produire deux fois de suite.

Deux polariseurs à 90° l'un de l'autre (croisés) ne transmettent aucune lumière car cos²(90°) = 0. Mais si l'on insère un troisième polariseur, disons à 45° entre eux, la lumière traverse d'abord une rotation de 45° (transmission cos²45° = 0,5) puis une autre rotation de 45° pour atteindre l'axe final à 90° (encore cos²45° = 0,5), donnant une transmission globale de 25 % au lieu de 0 %. C'est le préréglage « Milieu magique » de la simulation — chaque étape individuelle ne fait tourner que légèrement l'axe de polarisation, si bien qu'aucune étape ne bloque totalement le faisceau.

L'angle de Brewster θ_B = arctan(n₂/n₁) est l'angle d'incidence auquel le coefficient de réflexion de Fresnel pour la lumière polarisée p (champ électrique dans le plan d'incidence) devient exactement nul. À cet angle, seule la lumière polarisée s (champ électrique perpendiculaire au plan d'incidence) est réfléchie, si bien que le faisceau réfléchi est purement polarisé s même si la lumière incidente n'était pas polarisée. La simulation calcule à la fois Rs et Rp à partir des équations de Fresnel exactes et met en évidence quand l'angle d'incidence correspond à θ_B pour le milieu choisi.

Elles décrivent la trajectoire tracée par l'extrémité du vecteur champ électrique lorsque l'onde se propage. La polarisation linéaire oscille selon un seul axe fixe. La polarisation circulaire possède deux composantes orthogonales de même amplitude avec une différence de phase de 90°, si bien que le vecteur champ trace un cercle (droit ou gauche selon le signe de cette phase). La polarisation elliptique est le cas général, où les composantes ont des amplitudes inégales ou une différence de phase autre que 90°, traçant une ellipse. La lumière non polarisée n'a aucune relation fixe entre ses composantes — la phase et l'amplitude relative fluctuent aléatoirement.

Un cristal biréfringent possède des indices de réfraction différents selon ses axes optiques « rapide » et « lent », si bien que la lumière polarisée selon un axe voyage à une vitesse différente que celle polarisée selon l'autre. Cela introduit un retard de phase Γ entre les deux composantes lorsque la lumière sort du cristal. Une lame quart d'onde (Γ = 90°) convertit la polarisation linéaire en polarisation circulaire (ou elliptique) ; une lame demi-onde (Γ = 180°) inverse l'axe de polarisation, le reflétant par rapport à l'axe rapide. La simulation permet de régler directement le retard ou de choisir un type de lame préréglé et de faire pivoter l'angle de l'axe rapide pour observer l'état de sortie obtenu.