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  PROBLEME A RESOUDRE n° 21-A : Lecture d'un disque compact - Laser (Bac) (allègement de programme pour le bac 2002)

 

 ENONCE

Lire le texte ci-dessous en se reportant aux figures indiquées, puis répondre aux questions.

Document :

Les informations stockées sur un disque compact (CD) sont lues à l'aide d'un faisceau laser.


A. Le stockage de l'information sur une piste

Sur la face inférieure d'un disque compact est gravée une piste en forme de spirale (figure 1 A).

Cette piste est constituée d'une succession de microcuvettes gravées.

La lecture des microcuvettes sur la piste est faite à l'aide du faisceau lumineux émis par une diode laser Ga-Al-As (laser à semi-conducteur), perpendiculaire au disque, que l'on concentre sur la piste en une microtache (figure 1 B).

Cette microtache parcourt la piste spiralée du centre vers la périphérie du disque. Les microcuvettes défilent à vitesse constante devant le stylet optique.


B. Principe de la lecture de la piste

On utilise une lame qui est transparente pour le faisceau qui va du laser au disque et réfléchissante pour le faisceau réfléchi par le disque (figure 1 C). Cette lame est inclinée à 45° par rapport au faisceau incident. Elle donne un faisceau réfléchi perpendiculaire au faisceau incident ; la lumière réfléchie est reçue et analysée par un photo-détecteur.

- Lorsque le faisceau laser, émis par le stylet optique situé sous le disque, rencontre une surface plane (figure 1 B), le flux lumineux renvoyé vers le photo-détecteur (figure 2 A) est maximal, la tension aux bornes du photo-détecteur est maximale aussi. Par convention, on attribue le code "1" à tout plat.

- Quand la microtache lit une microcuvette (figures 1 B et 1 C), une partie de la lumière est diffractée par les flancs de la microcuvette, une autre partie est réfléchie vers le photodétecteur ; le flux reçu par le photo-détecteur est plus faible que pour la lecture d'un plat (figure 2 B).

Pour réduire davantage le flux lumineux reçu, la profondeur r des microcuvettes est telle que les interférences entre les rayons (1) et (2) sont destructrices. La tension aux bornes du photo-détecteur est alors nulle.

Par convention, on attribue le code "0" à toute la surface de la microcuvette. On dit que l'information est inscrite sur le disque sous forme numérique.

Données :

- Longueur d'onde dans l’air de la lumière émise l = 780 nm = 0,780 µm

- distance inter-sillon L = 1,6 µm ; largeur d'un sillon l = 0,6 µm

- diamètre de la microtache lumineuse d = 1 µm

- Constantes physiques :

charge électrique élémentaire e = 1,6 ´ 10 - 19 C

célérité de la lumière dans le vide ou l'air : c = 3,00 ´ 10 8 m / s


QUESTIONS


Partie I - A propos de la lumière émise par la diode laser.


·
1. Calculer la fréquence de la lumière émise par la diode laser.


·
2. À quelle limite du spectre visible se situe cette lumière ?


Partie II - Lecture d'un disque compact.


·
1. A l'aide des rayons (1) et (3) (figure 2 A ou 2 B), montrer que la lame semi-réfléchissante ne peut introduire aucune différence de marche.


·
2. Calculer la différence de marche entre les rayons (1) et (2) :

a) pour un plat (figure 2 A).

b) pour une microcuvette (figure 2 B).


·
3. Calculer la plus petite profondeur r des cuvettes pour que les interférences entre les rayons (1) et (2) soient destructives.


·
4. Quelles sont les qualités de la lumière laser qui justifient son utilisation pour lire un CD ?


·
5. Donner l'allure de la courbe représentant l'évolution, au cours du temps, de la tension aux bornes du photo-détecteur pendant la lecture de la portion MN de la piste lue sur la figure 1 B.

 

SOLUTION : Pour envoyer ce devoir à la correction cliquer sur :

Correspondance

 

A VOIR :

Problème n° 21 A ci-dessus (à résoudre) : Lecture d'un disque compact - Laser (Bac) (allègement de programme pour le bac 2002)

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