patrón de Airy

Un patrón de Airy es la imagen que se forma cuando la luz pasa a través de una apertura circular, como una lente o el objetivo de un telescopio. Consiste en un disco central brillante rodeado por anillos concéntricos progresivamente más tenues, todo ello causado por la difracción en el borde de la apertura. El patrón aparece cada vez que se capta la imagen de una fuente de luz puntual, y su tamaño determina directamente el detalle más fino que su sistema óptico puede resolver.

La región central brillante, llamada disco de Airy, contiene aproximadamente el 84 por ciento de la energía luminosa. Su diámetro angular viene dado por 1.22 veces la longitud de onda dividida por el diámetro de la apertura. Para un telescopio de luz visible con un objetivo de 100 mm que observa luz verde a 550 nanómetros, el disco abarca aproximadamente 1.3 segundos de arco. El primer anillo oscuro aparece a 2.44 veces esta medida fundamental. Los anillos circundantes disminuyen su intensidad muy rápidamente, recibiendo el primer anillo brillante solo alrededor del 1.7 por ciento de la intensidad máxima.

Reconocimiento y límites prácticos

Cuando dos fuentes puntuales están más cerca que el diámetro del disco de Airy, sus patrones se superponen y no se pueden distinguir como objetos separados. Este es el criterio de Rayleigh, la definición estándar de resolución óptica. Una apertura más grande produce un patrón de Airy más pequeño y, por lo tanto, un mayor poder de resolución. Las longitudes de onda más largas producen patrones más grandes, por lo que los instrumentos infrarrojos necesitan ópticas más grandes que los de luz visible para igualar la misma resolución.

La distribución de intensidad del patrón sigue una función de Bessel al cuadrado de primer tipo. En la práctica, se observan patrones de Airy al ver estrellas a través de telescopios, al captar imágenes de pequeños defectos bajo microscopios o en ampliaciones fotográficas de bordes nítidos. En sistemas ópticos con aberraciones, los anillos se vuelven asimétricos o irregulares; los anillos circulares perfectos indican una buena calidad y alineación óptica.

El patrón lleva el nombre de George Biddell Airy, quien calculó su forma matemática en 1835. Aparece en cada instrumento óptico que utiliza una apertura circular, desde una simple lupa hasta los observatorios astronómicos más grandes. Comprender el tamaño del patrón de Airy es esencial al especificar componentes ópticos o predecir lo que un sistema de imagen puede ver realmente.