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SP2 - Exercice corrigé : la fibre optique
1La fib reoptique à saut d"indice
Pour guider la lumière dans une direction donnée, on réalise des fibres optiques, longs fils cylindriques dont l"indice diminue quand on s"éloigne de l"axe. La lumière suit la di- rection moyenne de l"axe grâce au phénomène de réflexion totale, à condition que le faisceau incident ait une ouverture angulaire convenable. Dans le modèle qui suit, on considère que la fibre est constituée d"un coeur cylindrique de rayon a, d"indice n1= 1,510et d"une gaine de rayon extérieur b, d"indice
n2= 1,495.Figure1 - Vue en coupe d"une fibre à saut d"indice
1. Un r ayonincident se p ropagedans l"air dans un pla n axial de la fibre et arrive en I, à une distanceOIExp rimerla relation entre i0eti1. 3. En déduire la condition sur i0, de la formei0c = 3×108m.s-1.2A tténuationdu signal L"atténuation de la lumière dans les fibres optiques est
due à l"absorption et à la diffusion par le matériau constitu- tif du coeur, en général en silice et par ses impuretés (fer, cuivre,..). On la mesure couramment en décibel par kilo- mètre :AdB/km= 10log(ΦentrantΦ sortant)oùΦdésigne le flux lu- mineux. Cette atténuation dépend de la longueur d"onde de la lumière envoyée dans la fibre. 1.