6. PRISMES À RÉFLEXION TOTALE
Nous avons étudié dans ce chapitre un prisme dont la base, dépolie, ne permettait pas
de laisser sortir le rayon et n’était donc pas exploitable. Ainsi, le rayon émergent, qui ne
peut sortir que par la deuxième face, n’existe que pour certaines incidences (voir figure
3.5). Il est alors dévié par rapport au rayon incident d’une quantité D = i 1 + i 2 − A .
Si la base du prisme est polie comme les
deux autre faces, on peut exploiter la
situation de réflexion totale sur la
deuxième face du prisme. Ainsi, le rayon
peut sortir par exemple de la base. On
peut donc à nouveau définir une déviation entre le faisceau incident et le nouveau faisceau émergent qui s’exprime
différemment (voir exercices) et qui est
généralement beaucoup plus importante
qu’avec deux faces actives (figure 3.10).
Un prisme utilisé dans de telles conditions est appelé prisme à réflexion totale.
Dans les instruments d’optique, ces
prismes sont largement utilisés, comme
redresseurs d’images par exemple, où ils
remplacent les miroirs plus onéreux.
Nous allons en citer quelques exemples.
Quelques phénomènes naturels, les faux soleils et l’arc-en-ciel, sont présentés dans les
encarts 3.1 et 3.2.
Optique
64
A
D
Figure 3.10 • Principe des prismes
à réflexion totale.
Au-dessus de 5 000 m d’altitude, l’eau est
intégralement composée de cristaux de
glace formant de petits prismes à base hexagonale parfois de faible épaisseur (on parle
alors de plaquettes). Si l’on fait une coupe
d’un de ces cristaux, on obtient un hexagone régulier. Entre deux faces adjacentes,
l’angle est de 120°.
En raison de la pesanteur, les cristaux tombent lentement vers le sol, leurs grandes
faces étant horizontales. Un rayon venant
du soleil et entrant dans un cristal de glace
ne peut donc pas sortir par la face adjacente et sort par la face suivante, comme s’il rencontrait un prisme d’angle A = 60
◦
(figure 3.11). La figure 3.12 donne l’évolution de la déviation en fonction de l’angle
d’incidence au voisinage du minimum de déviation. Dans le cas des cristaux de
glace (n = 1,31 et A = 60
◦ ), D min est égal à 21,8°. Tous les rayons dont l’incidence est comprise entre 30 et 40° subissent quasiment la même déviation
(36,12
◦
< D < 38,46
◦ et D = 2
◦ ). Il y a donc augmentation d’intensité.
Encart 3.1. Les « faux-soleils »
60°
22°
120°
Figure 3.11 • Coupe d’un cristal de glace.
Nous avons étudié dans ce chapitre un prisme dont la base, dépolie, ne permettait pas
de laisser sortir le rayon et n’était donc pas exploitable. Ainsi, le rayon émergent, qui ne
peut sortir que par la deuxième face, n’existe que pour certaines incidences (voir figure
3.5). Il est alors dévié par rapport au rayon incident d’une quantité D = i 1 + i 2 − A .
Si la base du prisme est polie comme les
deux autre faces, on peut exploiter la
situation de réflexion totale sur la
deuxième face du prisme. Ainsi, le rayon
peut sortir par exemple de la base. On
peut donc à nouveau définir une déviation entre le faisceau incident et le nouveau faisceau émergent qui s’exprime
différemment (voir exercices) et qui est
généralement beaucoup plus importante
qu’avec deux faces actives (figure 3.10).
Un prisme utilisé dans de telles conditions est appelé prisme à réflexion totale.
Dans les instruments d’optique, ces
prismes sont largement utilisés, comme
redresseurs d’images par exemple, où ils
remplacent les miroirs plus onéreux.
Nous allons en citer quelques exemples.
Quelques phénomènes naturels, les faux soleils et l’arc-en-ciel, sont présentés dans les
encarts 3.1 et 3.2.
Optique
64
A
D
Figure 3.10 • Principe des prismes
à réflexion totale.
Au-dessus de 5 000 m d’altitude, l’eau est
intégralement composée de cristaux de
glace formant de petits prismes à base hexagonale parfois de faible épaisseur (on parle
alors de plaquettes). Si l’on fait une coupe
d’un de ces cristaux, on obtient un hexagone régulier. Entre deux faces adjacentes,
l’angle est de 120°.
En raison de la pesanteur, les cristaux tombent lentement vers le sol, leurs grandes
faces étant horizontales. Un rayon venant
du soleil et entrant dans un cristal de glace
ne peut donc pas sortir par la face adjacente et sort par la face suivante, comme s’il rencontrait un prisme d’angle A = 60
◦
(figure 3.11). La figure 3.12 donne l’évolution de la déviation en fonction de l’angle
d’incidence au voisinage du minimum de déviation. Dans le cas des cristaux de
glace (n = 1,31 et A = 60
◦ ), D min est égal à 21,8°. Tous les rayons dont l’incidence est comprise entre 30 et 40° subissent quasiment la même déviation
(36,12
◦
< D < 38,46
◦ et D = 2
◦ ). Il y a donc augmentation d’intensité.
Encart 3.1. Les « faux-soleils »
60°
22°
120°
Figure 3.11 • Coupe d’un cristal de glace.