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Concept
Anneaux de Newton
Résumé
En optique, les anneaux de Newton désigne la figure d'interférence qui se forme lorsqu'une lentille plan-convexe de très faible courbure repose sur une lame plane en verre. En lumière monochromatique, on observe une série d'anneaux concentriques, alternativement lumineux et sombres, centrée sur le point de contact entre la surface sphérique de la lentille et la surface plane. En lumière blanche, il apparait une série d'anneaux concentriques aux couleurs de l'arc-en-ciel parce que les différentes longueurs d'onde interfèrent positivement ou négativement à différentes épaisseurs de la couche d'air entre la lentille et la plaque de verre.
Le phénomène a d'abord été décrit par Robert Hooke dans son livre Micrographia (1665). Il porte le nom d'Isaac Newton, qui le décrit dans son ouvrage Opticks (1704), sans réussir à l'élucider dans son modèle corpusculaire de la lumière. Il a été expliqué dans le cadre de la théorie ondulatoire de la lumière, d'abord par Thomas Young en 1801, puis par Augustin Fresnel en 1815.
Lorsque la lumière est réfléchie sur la surface d'un matériau d'indice de réfraction plus élevé que celui du milieu d'incidence, l'onde réfléchie est déphasée de π. Lorsque la lumière est réfléchie sur la surface d'un matériau d'indice moins élevé que celui du milieu d'incidence, l'onde est réfléchie sans déphasage.
Lorsqu'une onde lumineuse monochromatique se propageant dans l'air (indice 1) frappe une lame de verre (indice 1,5), elle est partiellement réfléchie à l'interface air/verre avec un retard de phase de π et elle est partiellement réfractée sans modification de phase.
Lorsque l'onde réfractée est réfléchie à son tour par la surface interne de la lame de verre (interface verre/air), elle est réfléchie sans déphasage. Si l'épaisseur de la lame est petite et de l'ordre de la longueur d'onde, les deux ondes réfléchies interfèrent et peuvent se détruire.
Si λ désigne la longueur d'onde, e, l'épaisseur de la plaque de verre, la différence de marche entre les deux rayons réfléchis s'écrit :
Si , avec k entier positif ou nul, la différence de marche des deux rayons réfléchis sera :
L'interférence est constructive si k est impair.
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Réflexion totale
En optique géométrique, le phénomène de réflexion totale survient lorsqu'un rayon lumineux arrive sur la surface de séparation de deux milieux d'indices optiques différents avec un angle d'incidence supérieur à une valeur critique : il n'y a alors plus de rayon réfracté transmis et seul subsiste un rayon réfléchi. Ce phénomène n'intervient que lorsque le rayon lumineux incident se trouve dans un milieu d'indice de réfraction plus grand que l'éventuel rayon réfracté : réfraction de type verre/air par exemple.