Saviez-vous
que si vous regardez des DVD, naviguez sur le web, scannez
les codes barre et si certains peuvent se passer de leurs lunettes,
c'est grâce
à l'invention du laser, il y a 50 ans !
Intéressons-nous aux lecteurs CD et DVD qui ont envahi notre quotidien.
La nouvelle génération de lecteurs comporte un laser bleu (le blu-ray)
dont la
technologie utilise une diode laser fonctionnant à une longueur d'onde lB
= 405 nm d'une couleur bleue (en fait violacée) pour lire et écrire les
données. Les CD et les DVD conventionnels utilisent respectivement des
lasers
infrarouges et rouges. Les disques Blu-ray fonctionnent d'une manière
similaire
à celle des CD et des DVD.
Le laser d'un lecteur blu-ray émet une lumière de longueur d'onde
différente de celles des systèmes CD ou DVD, ce qui permet de stocker
plus de
données sur un disque de même taille (12 cm de diamètre), la taille
minimale du
point sur lequel le laser grave l'information étant limitée par la
diffraction.
Pour stocker davantage d'informations sur un disque, les scientifiques
travaillent sur la mise au point d'un laser ultra violet.
On
prendra ici pour la célérité de la lumière dans le vide et dans
l'air : c
= 3,00108
m.s-1.
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A
propos du texte
Quel
est le nom du phénomène physique responsable de l'irisation d'un CD ou
d'un DVD
éclairé en lumière blanche ?
Diffraction de la lumière blanche.
Calculer
la valeur de la fréquence n
de la radiation utilisée dans la technologie blu-ray.
n = c / l = 3,00 108 / 405 10-9 =7,41 1014 Hz.
Comparer
la longueur d'onde du laser blu-ray à celle
des systèmes CD ou DVD.
Les CD et les DVD conventionnels utilisent respectivement des
lasers
infrarouges et rouges : les longueurs d'ondes du rouge et de l'infrarouge sont supérieures à celle d'une lumière bleue.
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Diffraction
On veut
retrouver expérimentalement la longueur d'onde λD
de la radiation monochromatique d'un lecteur DVD.
On
utilise pour cela le montage de la figure
2 a étant le diamètre du fil, q le demi- écart angulaire.
Expression de l
Etablir
la relation entre q, L
(largeur de la tache centrale de diffraction) et D (distance entre le fil et l'écran).
tan q = ½L / D ; tan q ~q ( en radian) si l'angle est petit.
q ~ ½L / D.
Donner
la relation entre q, lD
et a en indiquant l'unité de chaque grandeur.
q = lD / a ; q angle en radian ; lD : longueur d'onde en mètre ; a : largeur de la fente en mètre.
En
déduire la relation lD = La / (2D).
D'une part q ~ ½L / D et d'autre part q = lD / a.
½L / D = lD / a ; lD = La / (2D).
Détermination de la longueur d'onde lD de la radiation d'un laser de lecteur DVD
Pour la
figure de diffraction obtenue avec un laser « DVD », on mesure L = 4,8 cm.
On remplace
alors le laser « DVD » par le laser utilisé dans le lecteur blu-ray sans
modifier le reste du montage, on obtient une tache de diffraction de largeur L'
= 3,0 cm.
A partir de ces deux expériences,
calculer la valeur de la longueur d'onde lD de la radiation monochromatique d'un
lecteur DVD et la comparer au résultat ci-dessus.
lD = La / (2D) et lblu-ray = L'a / (2D).
lD / lblu-ray = L / L' ; lD = lblu-ray * L / L' = 405*4,8 / 3,0 = 6,5 102 nm.
On retrouve la relation : lD > lblu-ray .
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Dispersion
Un CD est
constitué de polycarbonate de qualité
optique dont l'indice de réfraction est n = 1 ,55 pour la radiation lumineuse
utilisée dans le lecteur CD.
Soit v
la vitesse de la radiation dans le
polycarbonate, donner la relation entre les grandeurs physiques n, c et v.
L'indice de réfraction n est égal au rapport de la célérité de la
lumière dans le vide à la célérité de la lumière dans le polycarbonate.
n = c / v.
Quelle grandeur caractéristique de la radiation
du laser n'est pas modifiée lorsque son rayon passe de l'air dans le disque ?
La fréquence de la radiation n'est pas modifiée, c'est une caractéristique de la radiation lumineuse.
Détermination de la longueur d'onde lC
d'un laser CD.
Le
laser utilisé pour lire les CD a une longueur d'onde l = 780 nm dans le vide.
Montrer que
la longueur d'onde lC
du laser CD dans le polycarbonate vérifie lC = l / n.
Calculer
lC.
Fréquence f = célérité / longueur d'onde = c / l = v / lC.
lC = l * v / c = l / n.
lC =780 / 1,55 =503 nm.
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