tp16 : stockage optique de données

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TP16 : STOCKAGE OPTIQUE DE DONNÉES
Très tôt dans l'histoire des sciences, la conservation du savoir s'est avérée essentielle, avec la
construction des premières bibliothèques, comme à Alexandrie dès le 3ème siècle avant JC. Au
Moyen-Age, c'est dans le monde arabo-musulman que la nécessité de conservation des découvertes
plus anciennes, afin d'innover, s'est imposée et a été rendue possible grâce à la connaissance des
langues antiques.
De nos jours, les bibliothèques semblent un peu dépassées devant l'ampleur des
connaissances accumulées. Si James Bond a pu, dans les années soixante, utiliser des microfilms,
le CD puis le DVD se sont imposés à partir des années 80, grâce au développement du laser, et
semblent perdurer !
Mais de quoi dépend la capacité de stockage d'un disque optique ?
Document 1 : Les disques optiques
Un CD préenregistré est une
galette d'environ 12 cm de diamètre.
Observé au microscope, la couche
métallique qui se trouve sous la
surface
en
polycarbonate
(un
plastique) présente une succession de
creux (les pits) dans une plaine (le
land) qui contiennent l'information Figure 2: Pistes d'un CD vues au
tout au long d'une piste (fig. 2).
microscope électronique
Figure 1: Piste en spirale
Cette piste est formé d'une spirale
d'un disque optique
partant du centre et allant vers l'extérieur du disque dont le pas a dépend
du type de support optique. (fig. 1)
D'après C. Ray et J.-C. Poizat, La physique des objets quotidiens, Belin, 2007
Document 2 : Caractéristiques techniques de différents supports de stockage de
données par lecture optique
Type de support
Longueur d’onde
de lecture
Capacité par couche
Distance entre pistes
pas a du disque
optique
CD
CD
780 nm
DVD
658 nm
HD-DVD
405 nm
Blu-ray
405 nm
700 Mo
1,7 µm
4,7 Go
0,74 µm
15 Go
0,40 µm
23 Go
0,32 µm
DVD
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Document 3 : figure d’interférences et pas du réseau
Lorsqu’on envoie un faisceau laser sur un support optique, le faisceau laser, de diamètre égal à
quelques millimètres, intercepte plusieurs sillons de la piste. Les micro-reliefs des différents sillons
atteints par le faisceau laser jouent le rôle de sources secondaires. Les faisceaux réfléchis par les
différents micro-reliefs et qui interférent de façon constructive génèrent des taches brillantes.
On note d la distance disque optique écran et x la distance qui sépare les taches lumineuses qui
correspondent aux ordres d’interférence -1 et 1.
Le pas a du disque optique est donné par la relation
avec λ la longueur d'onde du laser.
√
a=λ . 1+4
2
d
2
x
1°/ De quelle grandeur caractéristique du disque optique dépend la capacité de stockage du disque
optique ? Justifier à l'aide des documents.
2°/ Proposer un protocole expérimental permettant de déterminer cette grandeur caractéristique pour
un CD et un DVD avec la plus grande précision possible. Faire un schéma du montage.
3°/ Réaliser le montage puis calculer cette grandeur pour le CD et le DVD et la comparer à celle
annoncée dans les documents.
4°/ Quels sont les sources d'incertitudes de vos mesures ?
Document bonus : Diffraction et focalisation d'un laser, pourquoi les blu-ray ?
Dans le domaine de l'approximation de l'optique géométrique, il est possible de concevoir des
instruments, objectifs complexes ou simple lentille, dont le pouvoir de concentration de la lumière serait
infini. Tel serait en effet le cas d'un objectif idéal, éclairé par un pinceau de lumière parallèle dont tous les
rayons émergents convergeraient vers un point de dimension nulle, le foyer (fig. 1a). Ce n'est
malheureusement pas ainsi que les choses se passent en pratique. Par suite de la nature ondulatoire de la
lumière, la répartition de l'énergie dans le plan focal
a l'allure d'une petite tache circulaire aux limites mal
définies dont l'aspect général est représenté sur la
figure 1c. Cette tache est connue sous le nom de
tache d'Airy ; son étalement est fonction à la fois de
la longueur d'onde λ de la radiation utilisée et de
l'ouverture numérique NA de l'objectif. En l'absence
de borne précise, on convient de limiter le diamètre
utile de la tache d'Airy à celui de son premier anneau
noir, dont l'expression est donnée dans la formule : Figure 3: Focalisation d'un faisceau laser. a: cas idéal,
D=1,22 λ
NA
b : cas réel et c : figure obtenue dans le cas réel
Georges Broussaud, Les Vidéodisques, Masson-Armand Colin, 2005
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