Pouvoir de résolution et longueur d'onde

[babaz]

Bonsoir,

Pour quelle raison le pouvoir de résolution d'un instrument d'optique est-il limité par la longueur d'onde du rayonnement utilisé ?

Je vous remercie
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[invite60be3959]

Bonsoir,

Pour quelle raison le pouvoir de résolution d'un instrument d'optique est-il limité par la longueur d'onde du rayonnement utilisé ?

Je vous remercie

Imagine que tu veuilles sonder un petit orifice. Si la longueur d'onde de la particule sonde incidente est beaucoup plus grande que la taille du trou elle "rebondira" dessus comme un ballon de foot trop gros pour entrer dans un but trop petit ! La particule sonde fera marche arrière et reviendra finalement jusqu'à notre rétine, on ne verra rien, c'est-à-dire une image uniforme. Maintenant si la longueur d'onde est de l'ordre de la taille de l'orifice, alors une partie des particules sondes passeront et l'on verra alors une tache sombre représentant le trou. Si la longueur d'onde est très inférieure à la taille du trou, la netteté de ses contours s'en trouvera augmenté, la résolution augmentera donc.

[invite786a6ab6]

Du fait de la diffraction, le plus petit point que l'on peut former (ou définir) avec un instrument optique est égal au diamètre de la tache d'Airy. Le diamètre de cette tache est fonction de la longueur d'onde ET de l'ouverture numérique de l'objectif. Il n'y a donc pas que la longueur d'onde qui intervient, mais pour des raisons pratique l'ouverture numérique est limitée et en fin de compte c'est la longueur d'onde qui impose le grossissement maxi d'un microscope par exemple. La technologie "Blue Ray" des lecteur DVD est un exemple qui montre qu'avec la lumière bleue, on peut avoir des gravure du DVD plus petites qu'avec de la lumière rouge donc avoir plus d'informations.

[babaz]

Merci pour ta réponse.

J'ai du mal à m'imaginer ainsi une longueur d'onde ("plus la longueur d'onde est grande, plus l'onde "rebondira" sur le trou").

Que dire de l'amplitude ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[babaz]

PS : je visualise bien plus facilement ce qu'est une onde mécanique (avec une longueur d'onde et une amplitude clairement définis dans l'espace) qu'une onde électromagnétique, où ces paramètres, quoique cruciaux, restent pour moi assez théoriques...

Si l'on reprend ton exemple, mais cette fois avec une onde mécanique se propageant de façon progressive le long d'une corde...
L'entrée ou non de cette corde dans le petit orifice dépendra a priori non pas de la longueur d'onde mais de l'amplitude de l'onde mécanique. Pourquoi serait-ce différent avec les ondes électromagnétiques ?

Bref, me voici un peu paumé...

[f6bes]

Merci pour ta réponse.

J'ai du mal à m'imaginer ainsi une longueur d'onde ("plus la longueur d'onde est grande, plus l'onde "rebondira" sur le trou").

Que dire de l'amplitude ?

Bjr à toi,
Dans amplitude il y a "AMPLE". Visualises tu ce qu'est qq chose de "ample".
Donc la "longueur d'onde" peut etre GRANDE (ample EN longueur), mais sa "puissance" peut etre infiniment petite.
Ex: une longueur d'onde de 1000m peut avoir une amplitude par exemple 1 volts (si on parle "radio") ou de 10 volts. C'est cela l'AMPLITUDE.

Lorsqu'une corde vibre , pour une MEME longueur d'onde les "vagues" peuvent faire qq cms ou qq dizaines de cms. C'est la hauteur des "vagues" qui se nomme "amplitude", pas la longueur entre deux vagues.
A+

[babaz]

Bjr à toi,
Dans amplitude il y a "AMPLE". Visualises tu ce qu'est qq chose de "ample".
Donc la "longueur d'onde" peut etre GRANDE (ample EN longueur), mais sa "puissance" peut etre infiniment petite.
Ex: une longueur d'onde de 1000m peut avoir une amplitude par exemple 1 volts (si on parle "radio") ou de 10 volts. C'est cela l'AMPLITUDE.

Lorsqu'une corde vibre , pour une MEME longueur d'onde les "vagues" peuvent faire qq cms ou qq dizaines de cms. C'est la hauteur des "vagues" qui se nomme "amplitude", pas la longueur entre deux vagues.
A+

Merci pour ta réponse.

Mais pourquoi est-ce la longueur d'onde et non l'amplitude d'une onde électromagnétique - lumineuse par exemple - qui doit être considérée pour estimer la pouvoir de résolution d'un instrument d'optique ?

[f6bes]

Bjr à toi,
Pour la "visualiser" il faut bien sur que AUSSI son amplitude (sa puissance) soit suffisante pour la voir.

Un son est une onde avec sa longueur d'onde. Il faut d'une part que le récepteur soit suceptible de RECEVOIR cette longueur d'onde (disons 1000 hertzs pour nos oreilles), mais cette condition n'est pas suffisante, faut AUSSI que son amplitude soit suffisante pour etre "entendu".Sinon tu ne "détectes " rien bien évidemment !!
Cela s'appele seuil de sensibilité du détecteur (quel qu'il soit: oreille ou .....télescope).
A+

[babaz]

Ok, merci beaucoup !

Sais-tu comment on parvient aux relations liant tous ces paramètres (longueur d'onde, amplitude...) au pouvoir de résolution ?

Merci encore !

[invite786a6ab6]

PS : je visualise bien plus facilement ce qu'est une onde mécanique (avec une longueur d'onde et une amplitude clairement définis dans l'espace) ...

Et bien on peut prendre l'exemple de l'imagerie par ultrasons : pour avoir une bonne résolution angulaire, il faut utiliser des fréquences élevées. Des basses fréquences seraient réfléchies quasiment toutes avec la même phase et il serait très difficile de discriminer les directions d'où proviennent les ondes réfléchies, d'où une faible résolution spatiale. Évidemment la comparaison avec les ondes lumineuses n'est pas parfaite car certains phénomènes ne sont pas les mêmes avec les ondes sonores, mais le principe est le même.
Un autre exemple pas si farfelu qu'il n'y semble : On pose la main à plat sur le sol avec les doigts écartés et on saupoudre de sucre en poudre ; la forme de la main est bien dessinée par le sucre. On fait la même chose avec des morceaux de sucre (3cm de long), et la main ne sera plus reconnaissable, il y aura juste une grosse tache au formes mal définies. Et bien la taille du sucre, c'est l'équivalent de la longueur d'onde.

[stefjm]

On peut aussi voir les vagues qui ne rentre pas dans le port car l'ouverture est trop petite.

[babaz]

Merci bcp.

Des basses fréquences seraient réfléchies quasiment toutes avec la même phase...

Si les phases diffèrent avec les hautes fréquences, est-ce parce que de petites distances d'écart (si on "éclaire" un objet) se seront accompagnées d'intervalles d'oscillations bien plus grands ?
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Tout en s'intéressant à ces phénomènes propres au caractère ondulatoire de la lumière ("réflexion", "diffraction"...), est-il possible de prendre aussi en compte, dans nos mesures, des atténuations dues au caractère corpusculaire de cette lumière, comme l'effet photoélectrique ou bien à l'effet Compton ?
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Un peu plus haut, tu as évoqué la gravure blu-ray sur dvd. Avec le blu-ray, la fréquence de la lumière utilisée étant supérieure, la tache d'Airy est plus petite : davantage d'informations peuvent être contenues. Peux-tu m'indiquer quel dispositif, au niveau des faisceaux de nos graveurs, permet de "mimer" les fentes d'Young, pour aboutir à une diffraction (et donc à une tache d'Airy) ?

Merci encore

[triall]

Bonjour , il est intéressant aussi de connaître les différentes sortes de télescopes suivant la longueur d'onde étudiée : Pour les ondes radio ce sont les ..radio télescopes énormes faits en grillage métallique , hors atmosphère les télescopes infrarouges qui doivent être refroidis à l'hélium , les ultraviolets qui utilisent la technologie multicouche pour les miroirs, pour les rayon x il existe des miroirs à incidence rasante , pour plus :rayon gamma(fréquence élevée) il s'agit plus de détecteurs de particules ou de bolomètres .A noter les détecteurs de neutrinos au fond des océans ou des mines ...
On arrive à avoir de très belles images d'objets célestes en superposant les images obtenues à différentes longueurs d'onde..
Cordialement

[babaz]

Merci.

Je me permets de reposter ici afin que mon dernier message reste visible (#12 de cette discussion) :
http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post2747247

[invite786a6ab6]

...
Un peu plus haut, tu as évoqué la gravure blu-ray sur dvd. Avec le blu-ray, la fréquence de la lumière utilisée étant supérieure, la tache d'Airy est plus petite : davantage d'informations peuvent être contenues. Peux-tu m'indiquer quel dispositif, au niveau des faisceaux de nos graveurs, permet de "mimer" les fentes d'Young, pour aboutir à une diffraction (et donc à une tache d'Airy) ?...

Le fentes d'Young permettent d'obtenir des interférences particulières (lignes parallèles), dans le lecteur DVD (ou CD) les interférences sont provoquées par l'optique qui focalise le faisceau laser. Les rayons parallèles qui sortent du laser sont concentrés sur un point qui est le plus petit possible, mais à cause du phénomène de diffraction ce point est en fait une tache, la tache d'Airy. En première approximation (et si vous tenez vraiment à introduire les fentes d'Young) le bord de la lentille joue le rôle de "fentes d'Young circulaires". A optique d'ouverture numérique égale, plus la longueur d'onde de la lumière sera petite, plus cette tache le sera aussi.
A noter aussi que cette limitation due à la longeur d'onde n'est vraie que pour les systèmes optiques "classiques" car on sait faire des sondes à "champs proches" qui s'affranchissent dans une large mesure de cette limitation.