Disques optiques et diffraction

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Structure et transformation de la matière
Type : Exercice | Année : 2017 | Académie : Inédit


FESIC 2017 • Exercice 3

Diffraction de la lumière

Disques optiques et diffraction

pchT_1705_00_02C_01

La capacité de stockage des disques optiques est limitée par les phénomènes de diffraction. Pour augmenter cette capacité, il convient de diminuer le diamètre d du faisceau laser qui vient lire le disque. Ce diamètre dépend de la longueur d’onde λ de la radiation et de l’ouverture numérique (ON) qui caractérise le système optique, selon la loi :

d=1,22×λON.

Les données sont gravées sur le disque sur une piste en forme de spirale, entre les rayons Rmin = 20 mm et Rmax = 60 mm. Cette piste part de l’intérieur du disque, à partir d’un rayon Rmin, en progressant vers l’extérieur jusqu’à un rayon Rmax. À chaque tour, la spirale se décale d’une distance e, nommée pas de la spirale. Sur la vue microscopique ci-dessus, c’est la distance constante entre deux « rangées » consécutives.

La longueur L de la spirale est obtenue par la relation approchée :

Lπe(Rmax2Rmin2).

Caractéristiques des différents disques optiques

Format

CD

DVD

Blu-ray

Longueur d’onde (nm)

780

650

405

Ouverture numérique (sans dimension)

0,45

0,60

0,85

Écartement des lignes (pas) (μm)

1,6

0,74

0,32

Données

 1,22×7,84,5=2,1 ;  1,22×4,57,8=0,70 ;   1,22×6,56,0=1,3 ;

 1,22×8,54,05=2,6 ;  1,22×6,06,5=1,1 ;  1,22×4,058,5=0,58.

Pour chaque affirmation, indiquez si elle est vraie ou fausse.

a) Le phénomène de diffraction se manifeste si le diamètre de l’ouverture du laser est supérieur à la longueur d’onde de la radiation.

b) Le diamètre du faisceau laser du Blu-ray est environ égal à 0,58 μm.

c) Quel que soit le format du disque utilisé, le faisceau n’éclaire qu’une seule ligne à la fois.

d) La différence de longueur de piste entre celle du Blu-ray et celle du CD est environ égale à 25 km.