motif d'Airy

Une figure d'Airy est l'image formée lorsque la lumière traverse une ouverture circulaire, comme une lentille ou l'objectif d'un télescope. Elle se compose d'un disque central lumineux entouré d'anneaux concentriques de plus en plus faibles, tous causés par la diffraction au bord de l'ouverture. La figure apparaît chaque fois que vous imagez une source lumineuse ponctuelle, et sa taille détermine directement le plus petit détail que votre système optique peut résoudre.

La région centrale lumineuse, appelée disque d'Airy, contient environ 84 % de l'énergie lumineuse. Son diamètre angulaire est donné par 1,22 fois la longueur d'onde divisée par le diamètre de l'ouverture. Pour un télescope en lumière visible avec un objectif de 100 mm observant la lumière verte à 550 nanomètres, le disque s'étend sur environ 1,3 seconde d'arc. Le premier anneau sombre apparaît à 2,44 fois cette mesure fondamentale. L'intensité des anneaux environnants diminue très rapidement, le premier anneau lumineux ne recevant qu'environ 1,7 % de l'intensité maximale.

Reconnaissance et limites pratiques

Lorsque deux sources ponctuelles sont plus proches que le diamètre du disque d'Airy, leurs figures se chevauchent et vous ne pouvez pas les distinguer comme des objets séparés. C'est le critère de Rayleigh, la définition standard de la résolution optique. Une ouverture plus grande produit une figure d'Airy plus petite et donc un meilleur pouvoir de résolution. Des longueurs d'onde plus longues produisent des figures plus grandes, c'est pourquoi les instruments infrarouges ont besoin d'optiques plus grandes que ceux en lumière visible pour atteindre la même résolution.

La distribution d'intensité de la figure suit une fonction de Bessel du premier type au carré. En pratique, vous observez des figures d'Airy en regardant les étoiles à travers des télescopes, en imagant de petits défauts sous des microscopes, ou dans des agrandissements photographiques de bords nets. Dans les systèmes optiques avec aberrations, les anneaux deviennent asymétriques ou irréguliers ; des anneaux circulaires parfaits indiquent une bonne qualité et un bon alignement optiques.

La figure doit son nom à George Biddell Airy, qui a calculé sa forme mathématique en 1835. Elle apparaît dans chaque instrument optique qui utilise une ouverture circulaire, d'une simple loupe aux plus grands observatoires astronomiques. Comprendre la taille de la figure d'Airy est essentiel lors de la spécification de composants optiques ou de la prédiction de ce qu'un système d'imagerie peut réellement voir.