Rayon lumineux dans une fibre optique – Terminale S – Cours

Cours de tleS –  Rayon lumineux dans une fibre optique – Terminale S

  • Suivant l’axe de la fibre optique, un rayon laser peut ou non être transmis par réflexion totale.

Fibre optique d’axe rectiligne

Description de la situation

  • On considère une fibre optique à saut d’indice, d’indice de cœur et d’indice de gaine
  • L’angle d’incidence
  • On cherche les angles de réflexion et de réfraction aux différentes surfaces de séparation.

Trajet d’un laser

  • Lois de Descartes de la réfraction, à l’entrée dans la fibre:

L’angle de réfraction  dans la fibre est

Relations de géométrie plane:  est le complémentaire de  donc = 90° –  6,6° = 83,4°.

  • A cette interface, la réflexion est totale, et le laser est réfléchi avec le même angle . Seule la loi de Descartes de la réflexion s’applique.
  • Le faisceau est confiné dans la fibre et se réfléchit à chaque interface cœur/gaine avec le même angle de 83,4°.

Fibre optique courbée

Description de la situation

  • Cette fibre optique est par la suite courbée. Soir R le rayon de courbure externe.
  • Un rayon laser pénètre dans la fibre en incidence normale à la limite du bord inférieur : on cherche le rayon de courbure limite pour que le signal lumineux soit transmis.

Rayon de courbure maximal

  • L’angle limite est tel que l’angle de réfraction dans la gaine est égal à la valeur limite de 90° :
  • En utilisant la définition du cosinus, on peut écrire, en s’appuyant sur le triangle OAB rectangle en A, que :
  • L’angle est alors obtenu par la fonction inverse du cosinus : .
  • Dans le triangle OAB, la somme des angles est de 180°, et le triangle est rectangle en A. Les angles sont complémentaires.
  • Le signal reste confiné dans la fibre s’il n’y a pas de réfraction à l’interface cœur/gaine en B (phénomène de réflexion totale) :
  • Cela signifie donc que : .
  • Le rayon de courbure maximale pour que le signal reste confiné dans la fibre est donc :

 



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Tables des matières Rayon lumineux dans une fibre optique - Transmission, stockage de l’information - Physique - Physique - Chimie : Terminale S – TS