Aurélie 21/06/11
 

 

    Le laser au quotidien : bac S centre étrangers 2011.




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.

 






 

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.

   

 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 .







 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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