Laser et stockage optique |
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Nouvelle-Calédonie (remplacement) 2013 - Exercice 2 - 10 points |
La découverte du laser il y a cinquante ans a révolutionné les domaines industriels, médical, technologique… Si le principe fondamental du laser a été décrit dès 1917 par Albert Einstein, le premier laser a été fabriqué en 1960 par Théodore Maiman. Depuis les lasers sont très présents dans notre quotidien.
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Document 1 - Diode laser
« Les diodes laser sont des lasers qui utilisent comme milieu amplificateur un solide obtenu à partir de matériaux semi-conducteurs, matériaux qui n’existent pas à l’état naturel. Elles permettent d’obtenir pour un coût réduit des lasers très efficaces : ces lasers semi-conducteurs ont aujourd’hui pris une très grande importance et représentent une grande partie du marché total des lasers. On les utilise pour transporter l’information échangée par téléphone ou internet, ils lisent les DVD ou les codes-barres dans les supermarchés. Comment ces lasers ont-ils pris tant d’importance ? La possibilité d’en fabriquer des milliers en même temps a conduit à un faible coût de fabrication. À cela s’ajoute leur excellent rendement et leur compacité : ces lasers s’étendent sur quelques dixièmes de millimètres et leur épaisseur est de l’ordre du micron, soit environ vingt fois moins que l’épaisseur d’une feuille d’aluminium. »
D’après Introduction : Le laser de F. Bretenaker, N. Treps
« L’émission de lumière a lieu dans une zone de jonctions de semi-conducteurs, lorsqu’on applique une tension électrique. En régime d’émission spontanée, on a une diode électroluminescente (DEL), composant de base de nombreux afficheurs. Mais si le courant électrique injecté dans la jonction augmente, on peut atteindre le régime où l’émission stimulée est prédominante : on obtient une diode laser. »
D’après Introduction aux lasers et à l’optique quantique de G.Grynberg, A.Aspect, C.Fabre |
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Document 2 – Disque optique et principe de lecture
Sur un disque optique (CD, DVD, disque blu-ray), les données sont inscrites sur une surface ayant la forme d’une couronne de rayon intérieur Rint=2,5 cm et de rayon extérieur Rext=5,8 cm. Les données sont gravées sous forme de minuscules cuvettes, placées sur des sillons le long de la piste. Les espaces entre les cuvettes sont appelées plateaux (voir figures 1.a et 1.b)
Afin de lire les données du disque, un faisceau lumineux issu d’une diode laser est focalisé par une lentille sur le disque optique. Un chariot délace le dispositif de façon à permettre au faisceau laser de balayer l’intégralité du disque optique (voir figure 2).
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Données
Données sur l’échantillonnage
Les trois parties sont indépendantes les unes des autres.
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Document 3 - Modèle de réflexion du faisceau laser sur la surface d’un disque optique
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1.4 Le dispositif optique précédent permet aux rayons (1) et (2) d’interférer après réflexion sur le disque optique.
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Document 4- Notice technique
Le son est enregistré sous forme d’échantillons à 44,1 kHz avec 16 bits par canal. Sachant qu’il y a deux canaux de son stéréophonique, le débit binaire est donc de 176 ko·s-1 (kilooctets par seconde). Le CD-ROM de capacité 780 Mo, peut contenir 74 minutes de son. | |||||||||||||||||||||||||||||||
2.1. Justifier la valeur de la fréquence d’échantillonnage utilisée pour numériser le son.
3.3. À partir de vos connaissances et des documents fournis, rédigez un paragraphe argumenté répondant à la question suivante (10 lignes environ) : Quels paramètres physiques du lecteur et du disque blu-ray permettent d’obtenir une capacité de stockage du disque blu-ray bien supérieure à celle du CD-ROM ? |
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