Fibre optique – Rayon lumineux – Terminale S – Exercices corrigés

Exercices corrigés pour la tleS – Rayon lumineux dans une fibre optique – Terminale S

Observons les photos ci-dessous : un faisceau laser est dirigé à l’intérieur d’un morceau de gélatine, ou dans un cylindre de plexiglas®.

La fibroscopie est une technique d’analyse médicale qui utilise la  propagation de la lumière dans  une fibre optique.

Elle permet l’examen des vaisseaux, du tube digestif, des bronches, de la vessie et des voies biliaires.

Elle est utilisée pour réaliser des diagnostics ou des opérations chirurgicales sous anesthésie locale le plus souvent.

Le fibroscope ou endoscope est un tuyau souple de 50 cm à 2 m de longueur et de quelques millimètres de diamètre, constitué d’un faisceau de fibres de verre, à l’extrémité duquel se trouvent une lampe et une caméra. L’autre extrémité est insérée dans le corps du patient et permet d’éclairer la zone à observer et de véhiculer son image.

Que constate-t-on sur ces deux photos ?

Observer la « fibre » en gélatine ou la « fibre » en plexiglas® (figures ci-dessous).

Que se passe-t-il si la fibre est courbée ?

Compléter le schéma ci-dessous qui représente une fibre optique dans laquelle la lumière est guidée par une succession de réflexions totales, la gaine de la fibre étant d’indice n2 inférieur à celui n1 du cœur :

À quel niveau de la fibre la lumière subit-elle des réflexions totales ?

Exercice 02 : Fibre optique courbée.

Considérons une fibre courbée, et pour simplifier supposons qu’elle décrive un arc de cercle de rayon de courbure r = 200 mm.

On considère que la fibre est constituée d’un cœur cylindrique de rayon a, d’indice n1 = 1,510 et d’une gaine de rayon extérieur b, d’indice n2 = 1,495

Pour un rayon pénétrant dans la fibre perpendiculairement à sa section, à la limite du bord inférieur, calculer l’angle que fait le rayon avec la normale lorsqu’il rencontre l’interface gaine/cœur. Y a-t-il réflexion totale, si a = 1 mm ?…

 



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