Optique

Réflexion totale interne et fibres optiques

Lorsque la lumière passe d’un milieu d’indice élevé vers un indice plus faible au-delà de l’angle critique, aucun rayon réfracté ne sort et la réflexion est totale ; ce phénomène guide la lumière dans les fibres optiques.

Lorsque la lumière passe d’un milieu d’indice élevé vers un indice plus faible au-delà de l’angle critique, aucun rayon réfracté ne sort et la réflexion est totale ; ce phénomène guide la lumière dans les fibres optiques.

Modèle et grandeurs

La loi de Snell-Descartes s’écrit n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂. Pour n₁ > n₂, le rayon réfracté rase l’interface (θ₂ = 90°) à l’angle critique, sinθc = n₂/n₁. La réflexion totale n’a lieu que du milieu d’indice élevé vers le milieu d’indice plus faible et pour θ₁ > θc.

Vérification rapide

L’angle critique vérifie $\sin heta_c=n_2/n_1$ lorsque la lumière passe d’un milieu d’indice élevé $n_1$ vers un indice plus faible $n_2$. La réflexion totale n’a lieu que si l’angle d’incidence dépasse cet angle et si le rayon part du milieu le plus réfringent. Dans une fibre, le cœur a un indice supérieur à celui de la gaine ; des réflexions totales successives confinent la lumière. Les fibres transmettent des signaux avec peu de pertes et assurent une isolation électrique, d’où leur usage en télécommunications et en endoscopie.Une courbure trop forte peut laisser s’échapper une partie de la lumière ; la géométrie et les matériaux de la fibre limitent ces pertes.