9 optique Fichier

Optique géométrique
Chapitre IX
Lucie Loperetti
Physique III/IV
rappel – Ombre / Pénombre
Eclipse
Source lumineuse
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Obstacle
Ecran
rappel - Réflexion
Un faisceau de lumière dirigé sur :
(a) du papier blanc: les rayons sont réfléchis en
différents points sur une surface rugueuse –
réflexion diffuse. (b) un miroir: les rayons
réfléchis sont perçus uniquement par l’oeil d’un
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observateur placé correctement (θi = θr)
Miroir
plan
Formation d’une image virtuelle par un
miroir plan. L’image a la même taille et la
même distance au miroir que l’objet.
4
Miroir plan
Miroir plan
5
Miroir éloigné de l’objet réel
6
Miroirs paraboliques
Parallel rays striking a concave mirror
do not focus at precisely a single
point.
Paraboloidal
surface
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Construction d’une image
Les rayons quitte le point O’ de l’objet (la flèche). Les trois rayons les plus
utilisés pour
8 déterminer où l’image se forme sont représentés.
Construction d’une image
So
9
Si
Equations d’un miroir (sphérique)
Si
1 1 1
 
xSo0 Sxii
f
10
S0
xSii
M
G 
xSo0
Rappel –
Réfraction

La vitesse (de phase) de la lumière v est donnée par:
où c = vitesse de la lumière dans le vide
n = indice de réfraction


Valeurs d’indices de réfraction
Milieu
Indice n
vide
1
air
1.000293
eau
1.333
plexiglas
1.49
diamant
2.417
n = rapport de la vitesse d’une onde électromagnétique dans le
vide à la vitesse dans un milieu.
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Réfraction

Si n1>n2
Loi de
Snell-Descartes :
12

Si n1<n2
Réfraction
Lumière passant à travers du
verre.
Profondeur apparente (q petit)
13
Réfraction
14
Réfraction
Dispersion

Indice de réfraction: n = n(λ)
Spectre électromagnétique de la lumière visible
Indice de réfraction en tant que fonction de la longueur d’onde, pour divers matériaux
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Dispersion dans un prisme
16
Formation
arc-en-ciel
17
Réflexion totale

Rayon allant de n1 à
n2, où n2 est moins
réfringent (n1 > n2)
Angle critique λ
18

Pour λ critique
 λréfraction = 90°

Pour λ > λcritique
 réflexion totale
Réflexion totale
19
Réfraction et Réflexion
20
21
Réfraction / Réflexion
Réflexion totale interne
22
Fibre Optique
Condition de
guidage dans
le cœur:
23
Fibre Optique
Structure
24
Fibre Optique
multi-/singlemode
25
Fibre Optique / Pertes
26
Actuel

2014, Nexans fournit à Global Marine Systems, 1050 km de câble
sans répéteurs, constitués de 24 à 48 fibres. Transmissions depuis
des bases Arctique, communications entre plate-forme pétrolière,
haut débit dans des zones reculées. Profondeurs d’eau pouvant
atteindre 4000mètres.

2015. Nexans, leader mondial de l’industrie du câble, relie par
liaison sous-marine, le Nigeria et le Cameroun. câbles optiques
répéteurs. 1100km de câbles. 12.8Tbit/s

Juin.2015: nouveau record du monde: 12 000 km dans une seule
fibre optique sur 5 canaux sans perdre de données et sans
répéteur.

16.02.2016. Nexans fournit une solution robotisée de connexion
de fibres optiques en Suède.
27
Fibre optique
28
Wavelength Division Multiplexing (WDM)
Types
Espacements
(nm)
Canaux
Débits
potientiels
(b/s)
C-WDM (coarse)
1.6 – 0.8
8 – 16
2.5 – 5 G
WDM
0.6
32
320 G – 1.25 T
D-WDM (dense)
0.4 – 0.2
80 – 160
3T – 12T
U-WDM (ultra)
0.08
400
10T – 40T
29
Lentilles
f>0
the ray is refracted
toward the axis
f>0
f<0
f < 0, the ray is refracted
away from the axis
30
Miroir - Lentille
object
C
F
F
C
optical axis
1 1 1
 
xSo0 Sxii
f
M
G 
xii
S
xSo0
- smaller
- inverted
- real
- smaller
- inverted
- real
Lentille
Dessin de l’image d’une lentille convergente
(a)Tout rayon parallèle à l’axe
est dévié en direction d’un
foyer F.
(b)Tout rayon passant par F’ est
dévié parallèlement à l’axe.
(c)Tout rayon passant par le
centre n’est pas dévié.
lentille divergente
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Lentille
Paramètre focal
R1
R2
n≠1
n=1
n=1
Equation de Lensmaker (dans l’air)
Equation de Lensmaker (dans next)
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Système à deux lentilles
f1
f2
L’inverse du paramètre focale d’une
lentille est appelé vergence: v=1/f.
L’unité de v est la dioptrie.
1 dioptrie = 1 m-1
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Aberration sphérique
35
Aberration chromatique
Différentes couleurs sont focussées en différents points.
Doublet achromatique
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Lentille moderne
Un système de
lentilles peut
compter jusqu’à 20
éléments.
Canon
17-85mm
f/3.5-4.5 zoom
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Canon EF 600mm f/4L IS
USM Super Telephoto
Lens
17 elements in 13
groups
13’300 CHF
Appareil photo
focale
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Loupe
Microscope
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L’œil
Accommodation d’un oeil normal dans le cas où
(a) le cristallin est détendu pour un objet à l’infini
et
(b) le cristalin est plus épais pour un objet proche
40
Télescopes

Télescope
Réfracteur

Télescope
Réflecteur
(Cassegrain et
Schmidt-Cassegrain)
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Quelques résultats
Galaxy Messier 81
Saturne
NGC 6543-Cat's Eye Nebula – nébuleuse
planétaire – une des plus complexe jamais
observée.
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Scattering (Rayleigh)
Particles et atomes diffusent plus
fortement la longeur d’onde
correspondant au bleu qu’au rouge.
Absorption de la
couleur dans l’eau