Angle de Brewster

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

[modifier] Point de vue géométrique

En optique, pratiquement, l'angle de Brewster est l'angle d'incidence à la surface d'un dioptre pour lequel le rayon réfléchi et le rayon réfracté forment un angle droit. On peut alors le calculer simplement en utilisant les lois de Snell-Descartes :

Avec n₁ et n₂ les indices des milieux. Dans le cas particulier qui nous occupe, cette loi se traduit par

En réarrangeant, on obtient :

[modifier] Point de vue électromagnétique : l'intérêt de l'angle de Brewster

Dans le vide la direction de propagation de l'énergie d'une onde lumineuse est caractérisée par le vecteur d'onde (dont la norme précise aussi la fréquence). Par ailleurs sont associés à l'onde deux vecteurs, le vecteur électrique et le vecteur magnétique .

Or les deux vecteurs et sont perpendiculaires l'un à l'autre et perpendiculaires au vecteur d'onde. La lumière dont les directions des vecteurs et sont précisées (par les moyens de création de l'onde, par exemple, ou par le trajet qu'elle a suivi...) est dite polarisée.

Les directions de polarisation ont une grande importance dans le phénomène de réflexion-transmission de l'onde à l'interface entre deux milieux d'indice différents (par exemple, dioptres air-verre, air-eau...). Le schéma montre les deux configurations principales (toutes les autres étant des combinaisons linéaires de celles-ci) : un rayon lumineux attaque une interface sous une incidence θ [le plan d'incidence étant défini par la normale à la surface et le vecteur d'onde (sur le schéma, le plan d'incidence est le plan de l'écran)]. On rencontre alors la polarisation transverse électrique (TE), dont le champ électrique est perpendiculaire au plan d'incidence, et la polarisation transverse magnétique (TM), dont le champ électrique est contenu dans le plan d'incidence.

Les lois de la réflexion-transmission (lois de Snell-Descarte) portent sur les directions des rayons réfléchis et transmis, mais le comportement des ondes TE et TM diffère en ce qui concerne les intensités respectives des ondes réfléchies et transmises (cf. les coefficients de Fresnel). Ces intensités varient avec l'angle d'incidence. À une incidence égale à l'angle de Brewster θ_b, l'onde TM est totalement transmise (sur le schéma cela correspondrait à l'absence du rayon réfléchi).

Une onde TE possède toujours une partie réfléchie. On voit ainsi que, même si la lumière incidente n'est pas polarisée (lumière issue d'une lampe à incandescence, ou lumière du soleil, par exemple), la lumière réfléchie pour l'incidence de Brewster est donc polarisée TE.

Pour une lumière d'incidence quelconque (autre que l'incidence normale, θ = 0) la lumière réfléchie est toujours plus ou moins polarisée. Le phénomène se remarque très bien à l'aide de verres solaires polarisants, à partir de la lumière réfléchie sur la surface d'un lac.