Échelle des teintes de Newton

L'échelle présente trois axes, en abscisses, la teinte et la différence de marche, en ordonnée l'épaisseur, en oblique la biréfringence[3].

Ces trois grandeurs, la différence de marche δ, l'épaisseur de la lame utilisée e et la biréfringence Δn sont liées par la relation suivante :

${\displaystyle \delta =e\Delta n}$[4].

Cette différence de marche permet de caractériser la teinte que l'on observe. On observe les teintes de Newton avec une lumière polarisée puis analysée (c'est-à-dire polarisée après la traversée du matériau biréfringent). Selon la position du polariseur et de l'analyseur il existe deux possibilités pour caractériser les teintes observées en fonction de la différence de marche δ.

Si le polariseur et l'analyseur sont croisés et donc que leurs axes optiques sont orthogonaux alors l'intensité d'une onde lumineuse monochromatique de longueur d'onde λ observée après la division du front d'onde est ${\displaystyle I=A\sin ^{2}{\left({\frac {\pi \delta }{\lambda }}\right)}}$ avec A un terme qui n'intervient pas dans la couleur observée.

Si δ/λ = k avec k entier alors cette intensité est nulle, et si δ/λ=k/2 alors cette intensité est maximale. Étant donné que la lumière blanche est constituée de toutes les longueurs d'onde du visible, alors la lumière perçue à la sortie de l'analyseur traversant le matériau biréfringent correspond à une lumière polychromatique dont l'intensité est égale à la somme des intensités pour chaque longueur d'onde du visible. Donc les longueurs d'onde pour lesquelles l'interférence est destructive disparaissent de la couleur observée et celles pour lesquelles l'interférence est constructive apparaissent[5].

À δ=0, l'intensité est nulle, et la couleur perçue est noire. Lorsque polariseur et analyseur sont croisées on dit que l'échelle des teintes de Newton est à centre noir[6].

Si le polariseur et l'analyseur sont parallèles soit leurs axes optiques sont parallèles alors l'intensité d'une onde lumineuse monochromatique de longueur d'onde λ observée après la division du front d'onde est ${\displaystyle I=A\cos ^{2}{\left({\frac {\pi \delta }{\lambda }}\right)}}$ avec A un terme qui n'intervient pas dans la couleur observée[7].

De même que précédemment la lumière perçue à la sortie de l'analyseur est une lumière polychromatique et on observe une certaine teinte correspondant à la différence de marche.

À δ=0 l'intensité est maximale pour toutes les longueurs d'onde : on observe de la lumière blanche. Lorsque polariseur et analyseur sont parallèles, on utilise l'échelle des teintes de Newton à centre blanc[6].

L'échelle des teintes de Newton permet notamment de mesurer la biréfringence d'un minéral[2].

À l'aide d'un microscope dit polarisant, utilisé en lumière polarisée analysée, on peut observer les teintes permettant de caractériser la biréfringence. Le microscope est constitué d'un objectif et d'un oculaire, avec entre la source lumineuse blanche et l'objectif un polariseur puis entre l'oculaire et l'objectif un autre polariseur dit analyseur[9].

Ensuite, en connaissant l'épaisseur de la lame, on peut déterminer la biréfringence, ce qui peut être utile pour reconnaître des minéraux. De plus les propriétés biréfringentes de certains matériaux permettent de créer certains instruments d'optique (par exemple les polariseurs [10]).