Utilisation d`images numériques – Stockage optique

III – Transmettre et stocker de l'information
AGIR : Défis du XXIème siècle
Activité expérimentale : Utilisation d'images numériques – Stockage optique
Objectifs : - Utiliser des images numériques et un logiciel (SalsaJ) afin d'étudier des phénomènes optiques.
- Déterminer la capacité de stockage d'un disque optique en utilisant la figure d'interférences d'un réseau.
I.
1.
Utilisation d'images numériques pour l'étude de phénomènes optiques
Diffraction par une fente
On dispose d’un laser rouge (λ = 633nm) ou vert ( λ = 532nm) et de différentes fentes. Un étalon de mesure a
été placé sur l’écran. Une caméra USB va permettre de prendre une photographie de la figure de diffraction.
Cam é ra
U SB
Dans Poste de travail , double-cliquer sur Périphérique vidéo USB. Prendre une nouvelle photo, l’enregistrer dans
Mes images (situé dans votre dossier personnel).
Quelle relation unit θ, a et λ ? (relation à connaître) En déduire la relation entre les grandeurs L, D, a et λ.
Utiliser cette relation et les fonctionnalités du logiciel SalsaJ (vidéo Utilisation de SalsaJ fournie) pour retrouver
la longueur d’onde de la lumière du laser utilisé, calculer l'écart relatif avec la valeur attendue.
Indication : le faisceau lumineux étant monochromatique, la décomposition RVB n'est pas nécessaire.
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2. Interférences obtenues avec des fentes d'Young
Une figure d’interférences obtenue avec de la lumière blanche est présente dans le dossier de la classe. On va
de nouveau utiliser SalsaJ et sa vidéo de présentation pour traiter la photographie du phénomène étudié.
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Pour une radiation monochromatique donnée, quelle relation unit i, D, a et λ ? (relation à savoir exploiter)
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A partir de vos 3 mesures tracer le graphe i =f(λ) et vérifier que l’interfrange est proportionnel à la longueur
d’onde de la radiation monochromatique (on peut obtenir un écart relatif inférieur à 1%).
Donnée : Dans un appareil photo ou un caméscope numérique, les photosites sensibles à la lumière sont chacun
recouverts d’un filtre rouge, vert ou bleu permettant d’enregistrer l’image pixellisée en codage RVB.
Les longueurs d’onde des maxima de transmission des filtres sont : λ(R) = 610nm, λ(V) = 530nm, λ(B) = 460nm.
II. Capacité de stockage d'un disque optique
Un réseau est constitué par une lame de verre sur laquelle on a tracé un très grand nombre de traits parallèles et
équidistants (plusieurs centaines par mm !). La distance a entre deux traits s’appelle le pas du réseau. Chaque trait
diffracte la lumière. Les rayons issus des différents traits interfèrent entre eux.
1.
Mesures
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En utilisant les réseaux mis à disposition, construire une courbe d’étalonnage L = f(N) où L représente la distance
moyenne sur l’écran entre deux taches lumineuses consécutives et N le nombre de traits par mm.
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Proposer puis mettre en œuvre un protocole permettant d'en déduire le pas du sillon d'un CD-ROM.
Indication : Dans un CD (Compact Disc), l’information est stockée sur une piste d’alvéoles enroulée en
spirale, la distance a entre deux alvéoles côte à côte correspond au pas du sillon du CD.
Sillon d'un CD : une piste en spirale
2. Calcul de la capacité de stockage du CD-ROM
La piste d'alvéole qui s'enroule en spirale sur le CD est comprise entre les rayons R 1 et R2. On peut déterminer la
longueur L de la piste car la surface d’aire S = a x L recouverte par cette piste spiralée correspond à l’aire
comprise entre les rayons R1 et R2. Pour un CD, la taille la plus petite que peut prendre une alvéole est d'environ
0,85 µm et correspond environ à la taille d'un bit.
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Mesurer les rayons R1 et R2 à la règle.
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En déduire la surface recouverte par la piste spiralée puis sa longueur L.
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Calculer la capacité de stockage du CD en Mo. Rappel : 1 octet = 8 bits.
Le saviez-vous ?
Le CD (disque compact) fut inventé par les firmes Philips et Sony en 1979. Afin de pouvoir enregistrer les 2 faces de n'importe
quels 33 tours sur un seul CD, les ingénieurs de Philips décidèrent que sa durée serait de 60'. C'est ainsi que les premiers
prototypes mesuraient 11,5 cm de diamètre.
Mais l'épouse du P-d.g de Sony était une grande adepte de la 9ème symphonie de Beethoven. Elle désirait pouvoir écouter la
totalité de cette symphonie sur un seul et même disque. Les recherches ont trouvé une interprétation de la 9ème Symphonie,
dirigée par Wilhelm Furtwängler, dont la durée était de 74 minutes et 33 secondes. C’est ainsi que dans les spécifications du
Redbook paru en 1980, qui dresse les caractéristiques techniques standards de ce que devront être les Compact Discs, la durée
maximale d’un CD a été portée à 74 minutes et 33 secondes pour un diamèt re de 12 cm.