Exercices Optique et Laser
Exercice 1 : Emission stimulee
Enonce
Un laser HeNe emet a λ = 632,8 nm. Calculer l'energie d'un photon emis et expliquer le principe de l'emission stimulee.
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E = hc/λ = (6,626×10⁻³⁴ × 3×10⁸) / (632,8×10⁻⁹) = 3,14×10⁻¹⁹ J = 1,96 eV. L'emission stimulee : un photon interagit avec un atome excite qui emet un photon identique (meme λ, direction, phase).
Exercice 2 : Diffraction par une fente
Enonce
Un faisceau laser (λ = 532 nm) eclaire une fente de largeur a = 0,1 mm. L'ecran est a D = 2 m. Calculer la largeur de la tache centrale.
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Largeur tache centrale = 2λD/a = 2 × 532×10⁻⁹ × 2 / (0,1×10⁻³) = 2,13×10⁻² m = 21,3 mm.
Exercice 3 : Fibre optique
Enonce
Une fibre optique a un coeur d'indice n1 = 1,48 et une gaine d'indice n2 = 1,46. Calculer l'angle d'acceptance et l'ouverture numerique.
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ON = √(n1² - n2²) = √(1,48² - 1,46²) = √(2,1904 - 2,1316) = √0,0588 = 0,242. Angle d'acceptance : θ = arcsin(ON) = arcsin(0,242) = 14°.
Exercice 4 : Puissance et securite laser
Enonce
Un laser de classe 3B a une puissance de 100 mW. Le faisceau a un diametre de 2 mm. Calculer l'eclairement et les precautions necessaires.
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Surface = π(1×10⁻³)² = 3,14×10⁻⁶ m². Eclairement = P/S = 0,1/3,14×10⁻⁶ = 31 847 W/m² ≈ 32 kW/m². Precautions : lunettes de protection adaptees a λ, ne jamais regarder le faisceau, zone de securite delimitee.
