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Niveau école ingénieur
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lentille convergente formée par 2 plaques d épaisseur constante

Posté par
emmanuel8107
26-04-13 à 03:50

Bonjour
Je fait face au probleme suivant en ecole d'ingénieur mais etant entré par une voie parallèle je ne connais presque rien en optique :
Un laser dit "plan" projete un segment avec un angle d ouverture si bien que plus on s eloigne de l émetteur plus le segment est long.  On souhaite faire converger le faisceau de maniere a ce que le segment soit de longueur constante quelle que soit sa distance a l émetteur.
Pour cela on souhaite realiser une lentille convergente mais comme le faisceau balaye un plan la lentille n a pas besoin d etre de revolution : elle peut être un profilé c est a dire que sa section peut etre constante dans toute son épaisseur. Toujours pour simplifier la realisation de la lentille dans ce cas precis, on souhaite la realiser a partir de plaques superposées de plexiglass d epaisseur constante qui seront courbées de maniere a creer le profil de cette lentille. L espace entre les plaques sera occupé par l air. Le profil de la lentille sera en quelque sorte recrée par la forme de ses périmètres.
Questions :
une telle construction est elle optiquement possible ?
Le probleme peut il etre resolu en le ramenant au calcul d une lentille pleine ?

Je n ai aucune idée sur ce problème.  Comment traiter l air intersticiel et le plexiglass d épaisseur constante mais déformé.  Je vous remercie pour votre aide.
Emmanuel

Posté par
PerArGal
re : lentille convergente formée par 2 plaques d épaisseur const 26-04-13 à 17:54

Bonjour,

Le problème que tu soumets aujourd'hui me turlupine depuis ce matin. As tu peut être d'autres paramètres du problème à partager?

Le fait que le laser soit considéré comme "plan" tendrait à indiquer que nous ne nous plaçons pas dans le contexte de l'optique gaussienne, et que nous pouvons utiliser les règles de l'optique génométrique.

Mais alors, la propriété du profilé à faces paralléles, conduit il me semble à chercher à se placer dans le cas des lentilles épaisses:

la vergence de la lame (inverse de la distance foacle) s'exprime alors comme:

V = \frac{E}{n}.(\frac{n-1}{R})^2

où:
E est l'épaisseur de la lame
n son indice
R le rayon de courbure de la lame

Cette formule permete bien de focaliser le faisceau ... à la faisabilité près du dispositif (distance focale très grande). Et c'est là qu'interviendrait la 2nde lame afin de "miniaturiser" le système (en associant une lame concave et une lame convexe).

On répond ainsi à la deuxième question: le dispositif n'étant pas vraiment équivalent à une lentille de focalisation.

Mais en écrivant cela ... je ne suis pas sûr de traiter le problème qu'il est demandé de traiter

  


Posté par
emmanuel8107
tests 29-04-13 à 10:00

Bonjour
Merci pour votre réponse.

Ce we nous avons fait des tests pour voir. On a pris un faisceau laser et on a tiré sur une regle en plexi qu'on a courbée. On a fait varier sa position, sa courbure et son angle d'inclinaison.
Résultat : c'est comme s'il n'y avait rien : le faisceau n'est pas perturbé : il continu d'aller tout droit . Compte tenu des questions ultérieures du problème, on en a déduit que :
-dans une lentille c'est la matière dans son ensemble qui joue un rôle et non uniquement sa surface.
-donc s'il y a deux plaques c'est en fait pour créer un bac transparent rempli d'eau (ou d'alcool comme le propose aussi le problème)

comme on ne savait pas faire l'etanchéité on a pas pu tester plus.

J'ai l'impression que du coup on peut négliger le plexi et considérer une lentille concave/plan faite d'eau.

Qu'en pensez vous ?

(PS : L'interêt des plaques vu la suite du problème c'est pour simplifier la réalisation uniquement. Ca permet de modifier la courbure, etc.)

Posté par
PerArGal
re : lentille convergente formée par 2 plaques d épaisseur const 29-04-13 à 21:26

Re-,

Ce que je note, c'est que tu viens d'introduire plein de nouvelles conditions à ton problème

- le profilé est une règle
- tu remplis avec de l'eau et/ou de l'alcool
- le problème posé est plus vaste

Ce qu'il me semble important de comprendre c'est que:

- la déviation par une lame simple ne sera non néglieagle que is l'épaisseur de la lame par rapport au rayon de courbure du profilé ne l'est pas. Ce qui peut poser des problèmes de faisabilité.

- c'est pour cela que les lentilles (et donc des rayons de courbures différents en entrée et sortie) ont été inventées

Au plaisir, n'hésite pas à nous faire part de tes prochaines questions et des suites du TP!

Posté par
emmanuel8107
re : lentille convergente formée par 2 plaques d épaisseur const 29-04-13 à 21:42

Et bien non ca ne change pas le problème :
la regle est bien une plaque d'epaisseur constante. Le problème ne parle pas de regle mais la règle est un exemple qui satisfait à l'énoncé.
ok pour le rayon de courbure >>> epaisseur de la lame.
Il y avait une question sur "est ce que c'est optiquement possible" ? => non
Apres il proposait de remplacer l'air par d'abord de l'eau puis ensuite de l'alcool.
De toute manière juste par curiosité scientifique je tenterai de faire un essai : c'est pas tres compliqué.
Merci !
@+



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