Comment se propage la lumière à l`intérieur d`une fibre optique

TP7
L
La a f fi ib br ro os sc co op pi ie e
O
Ob bj je ec ct ti if fs s d de e l la a s sé éa an nc ce e : :
- Etudiez la loi de la réflexion de la lumière ;
- Déterminez l’indice de réfraction d’un milieu ;
- Appliquez les connaissances établies à l’étude d’une fibre optique (fibroscopie – endoscopie).
1.
V
Vo oc ca ab bu ul la ai ir re e
2.
L
La a r ré éf fl le ex xi io on n d de e l la a l lu um mi iè èr re e
2
2. .1 1. . R Ré éf fl le ex xi io on n t to ot ta al le e s su ur r u un n m mi ir ro oi ir r
Dispositif expérimental :
Complétez le tableau ci-dessous :
i1 (°)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
r (°)
Q
Q1 1. .
Que concluez-vous des résultats du tableau ?
Question
Milieu 1
(indice de réfraction n1)
Milieu 2
(indice de réfraction n2)
La fibroscopie est une technique médicale permettant
d’explorer les organes à l’intérieur du corps. Un
dispositif de fibroscopie comprend deux fibres
optiques : l’une éclaire la zone à examiner, l’autre
transmet l’image à l’observateur.
Comment se propage la lumière à
l’intérieur d’une fibre optique ?
Protocole expérimental :
 Placez un miroir sur la plate-forme perpendiculairement à la normale N,
représentée par l’axe 0°  0°
 Eclairez le miroir et faite tourner la plate-forme afin que l’angle
d’incidence i1 = 10°. Mesurez l’angle de réflexion r.
 Refaite la mesure pour différents angles d’incidence.

2
2. .2 2. . P Pr ri in nc ci ip pe e d de e l la a f fi ib br re e o op pt ti iq qu ue e
On souhaite maintenant étudier le phénomène de passage de la lumière d’un milieu plus réfringent vers un milieu
moins réfringent. Pour cela, on fait pivoter le demi-cylindre de 180°afin que les rayons incidents frappent un dioptre
circulaire, et ne soient donc pas déviés (voir dessin ci-dessous). On peut alors étudier le comportement de la lumière
sur l’interface plexiglas – air.
Complétez le tableau ci-dessous :
Angle d’incidence i1 (°)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Angle de réfraction i2 (°)
Angle de réflexion r (°)
Q
Q2 2. .
Le faisceau réfracté existe-t-il toujours ? Sinon, quelle est la valeur maximale de l’angle de réfraction i2 ?
Q
Q3 3. .
En utilisant la relation de Snell-Descartes relative à la réfraction, calculez la valeur de l’angle d’incidence limite
(i1 lim) pour lequel l’angle de réfraction i2 est maximal en sachant que nair = 1,00 et nplexiglas = 1,50.
Q
Q4 4. .
Quel est le phénomène observé lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle d’incidence limite ?
Q
Q6 6. .
Quelles sont les deux conditions pour observer le phénomène de réflexion totale ?
3
3. . C Co on nc cl lu us si io on n
Un fibroscope utilise une fibre optique. Reprenez les résultats de l’étude précédente et complétez le trajet de la
lumière sur le schéma de la fibre optique ci-dessous :
Questions
Protocole expérimental :
 Placez le demi-disque de plexiglas sur la plate-forme
tournante en respectant les consignes suivantes :
- la tranche du demi-disque coïncide avec l’axe 90-90 ;
- Le centre du disque coïncide avec le centre de la
plaque tournante.
 Eclairez la section arrondie du demi-disque en faisant tourner la
plate-forme (voir dessin ci-contre).
Cœur
10 µm
Lumière
incidente
Protection
230 µm
Gaine
125 µm

C
CO OR RR RE EC CT TI IO ON N
Conditions pour observer le phénomène de réflexion totale :
- Il faut que l’indice de réfraction du milieu 2 soit inférieur à celui du milieu 1 :
n2 < n1
- Il faut que l’angle d’incidence soit supérieur à l’angle d’incidence limite :
i1 >
lim
1
i
i1’
faisceau
de lumière
0
0
90°
i1
i2
milieu 2
air(n2)
milieu 1
verre(n1)
90°

La fibre optique :
Lumière
incidente