prisme de Nicol

Un prisme de Nicol est un composant optique biréfringent fabriqué à partir de calcite (cristal de carbonate de calcium) qui divise la lumière non polarisée en deux états de polarisation orthogonaux et utilise la réflexion interne pour ne transmettre qu'un seul d'entre eux. Le dispositif se compose de deux morceaux de calcite optiquement claire coupés à des angles spécifiques, cimentés ensemble avec du baume du Canada et montés dans un tube en laiton ou en aluminium. Le trajet de la lumière à travers le prisme est courbé de telle sorte qu'une composante de polarisation (le rayon ordinaire) subit une réflexion interne totale à l'interface entre la calcite et le baume, sortant par le côté du prisme sous forme de chaleur perdue ou de lumière parasite, tandis que l'autre composante (le rayon extraordinaire) passe à travers et émerge sous forme de lumière polarisée linéairement.

William Nicol, un physicien écossais, a breveté cette conception en 1828, et elle est devenue l'outil standard pour générer et analyser la lumière polarisée tout au long du XIXe siècle et bien au-delà du XXe. La géométrie du prisme est critique: la calcite est coupée à environ 68 degrés par rapport à l'axe optique afin que les indices de réfraction des deux rayons diffèrent suffisamment pour créer l'angle de réflexion nécessaire. Les prismes typiques mesurent de 1 à 2 centimètres de long et transmettent des longueurs d'onde de l'ultraviolet à travers le spectre visible jusqu'au proche infrarouge, bien que la transmission chute fortement en dehors de la plage visible.

Pourquoi il était important, et pourquoi il est maintenant obsolète

Avant l'avènement des films polarisants synthétiques et des miroirs dichroïques revêtus, les prismes de Nicol étaient le seul moyen fiable de générer de la lumière polarisée de haute qualité en laboratoire. Les bancs optiques, les instruments de polarimétrie, les spectrophotomètres et les équipements photographiques dépendaient tous des prismes de Nicol pour contrôler la polarisation de la lumière. Parce que la calcite est biréfringente, le prisme a également été utilisé comme séparateur de faisceau polarisant, divisant un faisceau d'entrée en deux canaux de polarisation perpendiculaires pour l'interférométrie et d'autres travaux de précision.

L'émergence des polariseurs à feuille H (dichroïques) dans les années 1930 et 1940, suivie par les films polarisants modernes à couches minces et à base de polymères, a rendu le prisme de Nicol largement obsolète pour les travaux de laboratoire courants. Ces alternatives sont moins chères, plus compactes, ont de meilleurs rapports d'extinction aux longueurs d'onde visibles et subissent moins de pertes dans l'infrarouge. Cependant, les prismes de Nicol apparaissent toujours dans des applications spécialisées: certains instruments optiques anciens restent en service, et le prisme reste un outil pédagogique car son fonctionnement illustre la biréfringence et l'anisotropie optique d'une manière qu'aucun film ne peut égaler.

Les limitations pratiques du prisme de Nicol incluent la sensibilité au désalignement (qui dégrade la pureté de la polarisation), les effets chromatiques (le rapport d'extinction varie avec la longueur d'onde) et la fragilité et le coût des grands cristaux de calcite optiquement homogènes. Le baume du Canada, le ciment, peut jaunir et se détériorer au fil des décennies, réduisant la transmission. Le dispositif introduit également l'astigmatisme et d'autres aberrations car la lumière sort à un angle par rapport à l'axe optique, un problème que des variantes ultérieures (telles que le prisme de Glan-Thompson, qui utilisait un ciment différent) ont tenté de minimiser.