Le procédé de réflexion totale
On peut voir sur les vidéos suivantes les expériences que nous avons réalisées sur ce procédé :
Vidéo 1 : Visualisation du trajet d'un rayon lumineux dans un filet d'eau
Un filet d'eau s'échappe d'un réservoir transparent percé d'un trou. Le filet d'eau retombe dans un récipient inférieur prévu à cet effet. Un rayon lumineux envoyé par un stylo-laser traverse le réservoir et entre dans le filet d'eau ; il y reste prisonnier jusqu'au récipient inférieur. Il y a réflexion totale sur la surface du jet d'eau.
Vidéo 2 : La réflexion totale
Un ballon transparent est à moitié rempli d'eau. Un rayon laser se réfléchit sur la surface de l'eau.
Lorsqu'on incline le rayon, la surface de l'eau se comporte comme un miroir parfait.
Quelques explications
Lorsqu'un rayon lumineux heurte obliquement une surface séparant deux milieux transparents, il se divise en deux. Une partie des rayons est réfractée (transmise dans l'autre milieu en changeant de direction) et l'autre est réfléchie. L'indice de réfraction n'est pas le même pour tous les matériaux. Plus il est grand et plus la lumière sera lente dans le matériau.
C'est ce principe de réflexion qui est utilisé pour guider la lumière dans le câble.
La loi de Snell-Descartes explique la réflexion totale (aucun rayon réfracté) :
n1sin θ1 = n2sin θ2
Si n1 > n2 le rayon s'écarte de la normale.
Si θ1 > arcsin (n2/n1) il y a réflexion totale.
La fibre est composée de deux parties principales :
▸ un cœur cylindrique et creux en silice au centre d'indice n1 et autour,
▸ une gaine elle aussi cylindrique d'indice n2 avec n1>n2.
Si la lumière pénètre dans la fibre avec un angle assez petit (voir « Ouverture numérique »), elle subit une réflexion totale lorqu'elle atteint la surface de séparation des deux milieux, puis enchaîne ces réflexions en avançant en zigzag dans la fibre.
