Lame à retard

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Une lame demi-onde. La lumière entrant dans la lame peut être décomposée en deux polarisations perpendiculaires (en bleu et vert). À l'intérieur de la lame, la polarisation verte prend un retard par rapport à la bleue. La lumière en sortie est alors polarisée différemment.

Une lame à retard est un outil optique capable de modifier la polarisation de la lumière la traversant. Contrairement à un polariseur, l'état de polarisation de la lumière à la sortie de la lame dépend de l'état à l'entrée.

Cet effet vient de la biréfringence du cristal dans lequel est faite la lame (souvent du quartz ou du spath d'Islande). En effet, un matériau biréfringent présente un axe privilégié appelé axe optique (c'est ainsi un matériau anisotrope). Or la polarisation de la lumière peut être décomposée en deux composantes : chaque composante ne se propage pas à la même vitesse selon qu'elle est parallèle ou perpendiculaire à l'axe optique (voir schéma ci-contre). Ceci permet de définir deux axes particuliers de la lame : l'axe lent et l'axe rapide.

Une lame à retard permet donc de retarder une de ces deux composantes par rapport à l'autre, c'est-à-dire de provoquer un déphasage. Ce retard dépend du matériau utilisé, de l'épaisseur de la lame, et de la longueur d'onde de l'onde lumineuse considérée.

La plupart des lames à retard sont taillées dans un cristal de façon à ce que l'axe optique soit parallèle à la face de la lame. Ainsi les axes lent et rapide sont également parallèles à la face de la lame. Il existe plusieurs types de ces lames, caractérisées par le déphasage qu'elles produisent entre les deux composantes de la polarisation :

  • Une lame demi-onde, également notée lame λ/2, crée un déphasage valant 180°, c'est-à-dire un retard d'une moitié de longueur d'onde. L'onde sortante d'une telle lame présente une polarisation symétrique de l'onde entrante par rapport à l'axe optique.
  • Une lame quart d'onde, également notée lame λ/4, crée un déphasage de 90°, c'est-à-dire un retard d'un quart de longueur d'onde. Elle permet de passer d'une polarisation rectiligne à une polarisation elliptique voire circulaire, et vice versa. Elle est utilisée dans certaines lunettes 3D et les filtres polarisants circulaires pour la photographie (CPL en anglais : Circular Polarizing Lens filter).

Il existe aussi des lames taillées perpendiculairement à l'axe optique. Une onde ne subit alors aucun effet si elle arrive perpendiculairement à la face de la lame. Ce type de lames n'est donc intéressant que pour des rayons d'incidence oblique. Elles sont peu utilisées dans les instruments d'optique. Cependant, elles permettent d'étudier le pouvoir rotatoire du matériau dans lequel est faite la lame. En effet, la biréfringence n'étant pas visible, elle n'est pas prépondérante sur le pouvoir rotatoire.

Le phénomène de dispersion rend l'effet des lames à retard dépendant de la longueur d'onde de la lumière. Les lames sont donc prévues pour fonctionner dans une certaine gamme de longueur d'onde. Si l'on en sort, on obtient alors des aberrations chromatiques, c'est-à-dire une coloration de la lumière obtenue. Ce phénomène se retrouve aussi avec les lentilles.

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