Etude sur la réflexion de la lumière sur un disque

[decrypateur]

bonjour.

voilà j'essai de comprendre le phénomène de la réflexion de la lumière blanche sur un blue-ray (dans un premier temps, puis CD ensuite)

Après plusieurs observation, j'en ai conclue que seul 3 spectres de la lumière blanche sont visible sur un blue ray, le bleu, le rouge et le vert.
Ces 3 spectres ne sont pas visible en même temps, ils dépendent de l'ange entre l'observateur et le faciaux incident.

j'essai donc de comprendre comment théoriquement cela fonctionne.
soit la formule fondamentale du réseau pour un disque (non transparent)

sin(Ø)+sin(i)=k∆/a

avec
Ø l'angle incident (supposé connu)
i l'angle réfléchie
k l'ordre
∆ la longueur d'onde du faisceau
a le pas du réseau

donc on a pour un blue ray a = 320nm
pour la lumière rouge ∆=740nm


maintenant j'aimerais savoir pour quel Ø, le faisceau rouge est visible soit un i existant.
(Alors au lieu de simuler avec la lumière blanche, je préfère simuler avec les 3 spectre distincts, ce qui revient au même)

voici une simulation que j'ai effectué :


Malheureusement je ne parviens pas a comprendre le phénomène, j'ai fais varier l'ordre de -3 à 3 et l'angle d'incidence de 0 à 90°

donc mes questions :
comment choisir l'ordre?
qu'explique cette courbe? je ne comprendre pas vraiment, le faisceau réfléchi est rarement inexistant.



J'ai vraiment besoin d'être eclairé, alors merci de votre aide !
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[LPFR]

Bonjour.
Je pense que vous faites un peu trop de maths et vous oubliez la physique.
D'abord il ne s'agit pas de réflexion, mais de diffraction. La réflexion c'est ce que fait un miroir (et un CD), avec l'angle de réflexion égal à l'angle d'incidence.

Je vous conseille de vous limiter pour le moment à l'incidence perpendiculaire à la surface. Une fois que vous aurez compris le phénomène, vous verrez, sans besoin d'écrire une seule équation ce qui va se passer quand l'incidence n'est pas normale.

Et évidemment, presque toutes les longueurs d'onde sont diffractées. Les longueurs qui ne donnent pas de direction de diffraction sont ceux dont la longueur d'onde est plus grande que la distance entre les sillons du réseau de diffraction.

Au lieu de commencer par écrire des équations commencez par prendre un CD et regardez ce que vous voyez quand vous regardez la réflexion d'une lumière ponctuelle (ou presque), comme un voyant d'appareil électrique. Mettez l'œil collé au CD. Vous verrez la réflexion spéculaire de la lumière. Puis de chaque côté vous verrez des sources lumineuses qui correspondent au premier ordre de diffraction. Et, encore plus sur les côtés, vous verrez le deuxième ordre. Peut-être que dans certains cas on arrive à voir le 3ème ordre. Mais souvent il tombe "au delà des 90°" et n'existe pas.

Regardez des voyants d'autres couleurs et de la lumière blanche (toujours des sources "ponctuelles").

Maintenant, vous pouvez commencer à écrire les équations pour une incidence normale.
Au revoir.

[decrypateur]

Tout d'abord, merci pour votre réponse !

je pensais qu'on parlait de réflexion lorsqu'on cherchait a connaitre l'existence ou non d'un faisceau réfléchi..
Bref;

Les longueurs qui ne donnent pas de direction de diffraction sont ceux dont la longueur d'onde est plus grande que la distance entre les sillons du réseau de diffraction.

Ce que je ne comprends pas c'est que d'après ce que vous dites, le faisceau de la lumière rouge ne devrait pas être visible dans ce cas, puisque sa longueur d'onde est de 740nm et le réseau de diffraction d'un blue ray est de 320nm. Or j'ai bien constaté une diffraction de cette lumière... (de même pour un faisceau bleu de 450nm)

Quant à l'ordre, comment le choisir? comment sait on si nous sommes au premier ou second ordre?

Expérimentalement voici ce que j'avais constaté pour un blue ray :
Angle incident 80-90° : spectre rouge
Angle incident 55-65° : spectre verte
Angle incident 35-45° : spectre bleu

donc au lieu de comprendre théoriquement ce phénomène avec de la lumière blanche, j'ai voulu utiliser un laser et je pensais avoir un faisceau réfléchi existant uniquement lorsque le faisceau incident fait un angle compris entre 80-90°

j'ai bien compris comment fonctionne un cd, je travail sur ces réseaux depuis un moment, mais je ne parviens pas a comprendre ce phénomène de diffraction de la lumière en fonction des différents disques de manière théorique... je sais que le pas du réseau et l'angle incident à une influence mais je n'arrive pas a comprendre comment..

merci!

[LPFR]

... le réseau de diffraction d'un blue ray est de 320nm. Or j'ai bien constaté une diffraction de cette lumière... (de même pour un faisceau bleu de 450nm)
...

Re.
Comment avez-vous fait la constatation ?
Vous ne pouvez pas voir de l'UV à 350 nm. Le seul moyen est d'éclairer quelque chose de fluorescent.
De plus, si le réseau fait 350 nm d'interligne, il faut une lumière avec une longueur d'onde encore plus petite pour avoir de la diffraction. Et comment l'avez-vous éclairé ? Avez-vous une source à 350 nm ?

En général le seul ordre intéressant est le premier. (Et l'ordre zéro pour se raser ) Et je crois savoir que les blu-ray ne fonctionnent pas avec de la diffraction mais avec le la réflexion spéculaire. Donc, avec l'ordre zéro.

Avez-vous fait la manip que je vous ai recommandé ?
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[decrypateur]

alors voici les trois type de disque étudié :
Pièce jointe 250601

Je n'ai pas pu calculé le pas pour le blue ray, puisque je ne dispose pas de laser bleu.
J'ai donc de comprendre l'intérêt d'avoir des pas si petit, de 320nm pour le blue ray comparé a 1600nm pour le CD.
je dispose uniquement d'un laser rouge et d'un laser vert.

Voici une photo de ce que j'ai constaté avec la lumière blanche :
Pièce jointe 250602

On voit bien que pour un blue ray, on ne peut pas voir l'ensemble du spectre de la lumière blanche et en fonction de l'inclinaison du disque, on observe différentes couleurs.
et c'est cela que je souhaite comprendre


mais ce qui est étrange c'est qu'avec un laser rouge ou vert on observe aucune diffraction contrairement au CD et DVD (cela est du au pas du disque bien sure)

En gros je souhaite expliquer ce phénome : (photo que je supprimerais pas la suite )



pourquoi seul un spectre de la lumière blanche est visible a la fois sur un blue ray

Et je crois que effectivement mon problème se trouve dans la réflexion spéculaire ! je vais cherche de se coté là !

Edit :
Ok je crois avoir compris pas mal de chose, il y a donc une réflexion spéculaire et ceci est du à la très faible profondeur des creux d'un blu-ray et du pas très fin (donc une surface quasi lisse)

maintenant je vais essayer de voir pourquoi pour un certain angle nous avoir ce spectre..

[Pio2001]

Bonjour,

Voici une photo de ce que j'ai constaté avec la lumière blanche :
Pièce jointe 250602

On voit bien que pour un blue ray, on ne peut pas voir l'ensemble du spectre de la lumière blanche et en fonction de l'inclinaison du disque, on observe différentes couleurs.
et c'est cela que je souhaite comprendre

Tout l'arc-en-ciel est diffracté de l'orange au violet. Il faut se rapprocher du disque pour le voir en entier. Mais avec un blu-ray, il faudrait être tellement près de la surface que l'on ferait de l'ombre au disque, masquant l'arc-en-ciel.

mais ce qui est étrange c'est qu'avec un laser rouge ou vert on observe aucune diffraction contrairement au CD et DVD (cela est du au pas du disque bien sure)

Il doit y avoir une erreur de manip pour le laser vert. Tu as loupé le bon angle.

En gros je souhaite expliquer ce phénome : (photo que je supprimerais pas la suite )

Pièce jointe 250603

pourquoi seul un spectre de la lumière blanche est visible a la fois sur un blue ray

Il y a plusieurs choses visibles sur ces images.
S'il y a plusieurs couleurs mélangées sur le CD, c'est parce que la source n'est pas ponctuelle. Un point lumineux unique donne un arc-en-ciel complet. Une lampe donne une image de lampe rouge fondue dans une image voisine de lampe orange, fondue dans une image voisine de lampe jaune etc, jusqu'au violet. Ce qui donne plusieurs zones de couleurs qui se recouvrent. Et lorsqu'on fait la netteté sur le disque, ces zones sont floues.
C'est le cas en bas de l'image du CD où l'on voit deux zones jaunes avec du vert-bleu-violet entre les deux. Cela correspond à deux lampes situées à l'arrière, donnant chacune du jaune en bas, avec du bleu aligné en haut. Le bleu entre les deux zones jaunes vient probablement du fait que l'une des deux lampes au moins n'est pas ponctuelle.
Le bleu visible sur le blu-ray semble également divisé en deux images. Peut-être s'agit-il d'une photo prise avec un appareil muni de deux flashs.

Le fait que le bleu apparaisse seul vient du pas, qui est plus petit. Les lois de la diffraction impliquent que dans ce cas de figure, l'image de l'arc-en-ciel apparaît plus grande. Le vert, le jaune et l'orangé sont plus loin vers le haut. On les verrait tous ensemble si le disque faisait un mètre de diamètre, mais à travers une galette de 12 cm seulement, on n'en voit qu'un petit morceau à la fois.

Ok je crois avoir compris pas mal de chose, il y a donc une réflexion spéculaire et ceci est du à la très faible profondeur des creux d'un blu-ray et du pas très fin (donc une surface quasi lisse) .

Non, rien à voir. La réflexion directe est triviale, elle vient du fait que la surface est brillante. On ne voit aucune réflexion directe sur ces photos.

[decrypateur]

Bonsoir, et merci pour ces explications !
Les photos on été prise par moi même avec une lampe blanche dans chacun des cas.

alors il y a certaine explications que je n'ai pas bien assimilé :

Les lois de la diffraction impliquent que dans ce cas de figure, l'image de l'arc-en-ciel apparaît plus grande. Le vert, le jaune et l'orangé sont plus loin vers le haut. On les verrait tous ensemble si le disque faisait un mètre de diamètre, mais à travers une galette de 12 cm seulement, on n'en voit qu'un petit morceau à la fois.

d'ou sortez vous cette solution? existe il une théorie la dessus?
qu'entendez vous par "plus loin vers le haut" ?

Si j'ai bien compris, normalement les couleurs de la lumière blanche se superpose mais pas pour le blue ray ou on peut voir des "espaces" entre chaque couleur?
je ne comprends pas très bien ...

On ne parle donc pas de réflexion pour le blue-ray? mais toujours de diffraction?

Sur internet énormément de site son faux et se contredise dans ce domaine optique, du coup je ne sais plus qui croire..

[Pio2001]

d'ou sortez vous cette solution? existe il une théorie la dessus?

Observation directe : il faut davantage bouger le blu-ray pour faire défiler les couleurs que le CD. En partant du bleu, pour atteindre le rouge, il faut à peine bouger le CD. Il est quasiment déjà visible en même temps que le bleu. Sur le blu-ray, il faut totalement incliner le disque pour faire défiler les couleurs jusqu'à l'orange. Et incliné à fond (on voit le disque par la tranche), on n'arrive toujours pas au rouge.
Théorie : il s'agit des lois de la diffraction par un réseau. Par exemple sur Wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9...action_optique
Au paragraphe Formule des réseaux, la formule pour le Réseau en réflexion indique la relation entre le sinus de l'angle de réflexion et la longueur d'onde, qui est fonction de a, le pas du réseau. Plus a est petit, plus le sinus de l'angle de réflexion varie rapidement avec lambda.

Si j'ai bien compris, normalement les couleurs de la lumière blanche se superpose mais pas pour le blue ray ou on peut voir des "espaces" entre chaque couleur?

La présence d'espace entre les couleurs dépend du type d'ampoule. Les ampoules à filament et la lumière du jour ne comportent aucun espace entre les couleurs. Les ampoules à décharge telles que l'éclairage public, les tubes fluorescents ou les ampoules économiques comportent des espaces entre les couleurs. Ou disons plutôt qu'il y a des couleurs qu'elles n'émettent pas. La zone correspondante dans l'arc-en-ciel apparaît noire.
C'est valable pour tout type de diffraction : réseau, Cd, DVD, blu-ray, cils, cheveux, etc

qu'entendez vous par "plus loin vers le haut" ?

Vers le haut de l'image postée. Je suppose que l'arc-en-ciel est orienté avec le rouge vers le haut et le bleu vers le bas. On voit donc sur la photo du blu-ray l'extrémité du bas de l'arc-en-ciel.

On ne parle donc pas de réflexion pour le blue-ray? mais toujours de diffraction?

La réflexion ne décompose pas la lumière blanche. C'est notre reflet (très pâle) à la surface du disque, qu'il soit CD, DVD ou blu-ray. C'est la diffraction qui décompose la lumière blanche en couleurs indépendantes.

[decrypateur]

D'acoord merci, mais cela signifie que j'en reviens à la courbe que j'ai simulé tout au début.
j'avais utilisé la formule de diffraction pour un réseau comme un disque avec k variant de -3 à 3 et l'angle incident variant de 0 à 90°

sauf que la courbe ne me donne rien de concluant...

je vais essayer d'améliorer mes recherches théoriques.
Merci.

[decrypateur]

Je ne peux pas éditer...
je voulais donc savoir, etes vous sure que c'est la formule du réseau de réflexion qu'il faut utiliser et non la formule de transmission?

habituellement j'utilisais la formule de transmission pour un disque non transparent

merci

[Pio2001]

Il y a une erreur dans la formule de la courbe. Ce n'est pas k x 0.74/320, mais k x 740/320 qu'il faut écrire. La courbe ne sera alors plus définie pour les ordres différents de zéro, ce qui montre que cette longueur d'onde n'est pas diffractée par le Blu-ray.