Qualité optique


La qualité optique est la préoccupation centrale d’AstronomyOptics. Tous les miroirs que nous mettons dans nos télescopes ou que nous vendons séparément sont testés individuellement et vous recevrez le bulletin de test.

Pour les miroirs principaux, le bulletin de test est composé de :

  • trois tests de Foucault (en tournant le miroir autour de son axe de symétrie de 0°, 45° et 90°) qui attestent la précision du paraboloïde (la bonne correction de l’aberration sphérique)
  • une photo du miroir vu dans le test de Foucault, pour attester l’uniformité de la surface
  • un test de l’absence d’astigmatisme (bonne symétrie de rotation), en examinant à fort grossissement l’image d’un point lumineux minuscule

Pour les miroirs secondaires, vous recevrez un bulletin de test interférentiel qui mesure la planéité de la surface.

Importance des mesures

Précision du paraboloïde :

Un miroir principal parfait doit concentrer toute la lumière qui vient d’une étoile dans un seul point, ce qui demande un miroir de forme paraboloïdale. Toute déviation par rapport à cette forme entraînera une diffusion de la lumière autour du point idéal de convergence, ce qui diminue le contraste et la capacité du miroir de résoudre des détails. En pratique, à cause du phénomène de diffraction de la lumière, même un miroir parfait ne peut pas concentrer la lumière dans un point infiniment petit, mais dans une petite tache brillante (la tache d’Airy) entourée par quelques faibles anneaux de diffraction. Un bon miroir concentrera une quantité maximale de lumière à l’intérieur de la tache d’Airy et très peu dans les anneaux de diffraction. Un mauvais miroir étalera la lumière dans les anneaux de diffraction, avec un effet catastrophique sur le contraste.

Exemple d'un rapport de test de Foucault

Exemple d’un rapport de test de Foucault

La précision du paraboloïde nécessaire pour un bon miroir se mesure en nanomètres (un million de fois plus petit qu’un millimètre)! Une erreur crête-à-crête d’environ 65-70 nanomètres de la surface est considérée comme acceptable, à condition qu’elle ne varie pas rapidement le long de la surface du miroir. AstronomyOptics obtient des surfaces avec une erreur crête-à-crête inférieure à 28 nanomètres, ce qui conduit à une erreur crête-à-crête du front d’onde inférieure à une quinzième de longueur d’onde (λ/15 sur l’onde)! (« P-V wavefront error » dans le bulletin de test)

Uniformité de la surface

L’erreur crête-à-crête n’est pas une mesure complète de la qualité d’un miroir. Encore plus importante est l’erreur quadratique moyenne (« Surface RMS error » dans le bulletin), qui décrit la pente des erreurs de surface (l’uniformité).

Pour comprendre le concept, prenez l’exemple de la surface d’un lac : quand la surface est parfaitement plane, la réflexion dans l’eau est nette. S’il y a des grosses vagues, la réflexion n’est pas visible. Même quand les vagues sont très petites (erreur crête-à-crête faible), si elles sont en très grand nombre (surface non uniforme), la réflexion reste mauvaise.

Une conséquence directe de l’erreur quadratique moyenne est le rapport de Strehl, une mesure de la concentration de l’énergie lumineuse au centre de la tache d’Airy. Un système optique parfait est caractérisé par un rapport de Strehl=1. Quand le rapport de Strehl est supérieur à 0,8 on dit que le système est limité par la diffraction ; cela ne signifie pas qu’il est indiscernable d’un système parfait! C’est pour cette raison que nos visons toujours un rapport de Strehl supérieur à 0,95, pour vous offrir un meilleur contraste dans l’observation des objets du ciel profond, des planètes ou de la Lune.

Test de Foucault pour un miroir de 200mm f/5 fabriqué par AstronomyOptics

Test de Foucault pour un miroir de 200mm f/5 fabriqué par AstronomyOptics

Qualitativement, l’uniformité de la surface se voit dans le test de Foucault comme une transition très douce entre les zones sombres et les zones claires, comme dans l’exemple ci-joint.

Absence d’astigmatisme

Dans le contexte des miroirs de télescope, l’astigmatisme est une erreur de fabrication qui se traduit dans une symétrie de rotation imparfaite du paraboloïde. La distance focale du miroir dépendra de l’orientation de la section qu’on considère le long du système optique, la conséquence étant l’impossibilité de focaliser la lumière dans une tâche d’Airy bien ronde (et petite).

Nous testons tous nos miroirs à fort grossissement pour vérifier que l’image d’une étoile reste bien ronde, symétrique et de la plus petite taille possible.

Qualité du polissage

En plus des mesures mentionnées ci-dessus, AstronomyOptics garantit également une excellente qualité du polissage optique de ses miroirs. Un bon polissage consiste à obtenir une surface uniforme à une échelle encore plus fine, sous-nanométrique. Cela assure un bon contraste de l’image, surtout pour l’observation des objets à faible luminosité comme les nébuleuses.

Une surface mal polie disperse la lumière sur une grande surface, à travers tout le champ visuel du télescope. Le fond du ciel ne sera pas noir et le contraste entre les nébuleuses et le fond sera très faible. Le contraste souffrira surtout si la nébuleuse est dans le même champ qu’un objet brillant (comme une étoile), car elle sera inondée par la lumière parasite provenant de cet objet et dispersée par le miroir.

La qualité du polissage se vérifie même avant de commencer la parabolisation du miroir (et bien avant de déposer la couche réfléchissante d’aluminium). Un faisceau laser dirigé vers le miroir nous indiquera vite si la surface est bien polie : le laser ne doit pas être visible sur la face utile du miroir.

Dans la figure ci-jointe, un faisceau laser vient d’en haut à droite et touche la surface utile du miroir ; ensuite, il traverse le miroir et touche la face arrière du miroir (qui a un polissage non-optique, car elle n’a aucun rôle dans le fonctionnement du télescope) ; le faisceau sort du miroir et touche enfin la surface noire de la table. La tache du laser sur la face utile du miroir ainsi que le faisceau à l’intérieur du verre sont invisibles à l’oeil nu ; il a fallu un très long temps de pose avec l’appareil photo pour les mettre en évidence. Un polissage d’une telle qualité, sur l’intégralité de la surface du miroir, vous garantit le meilleur contraste possible!

Le polissage est tellement bon que la tache du laser sur la face utile du miroir est presque aussi sombre que le faisceau à l'intérieur du verre! Photo avec un long temps de pose!

Le polissage est tellement bon que la tache du laser sur la face utile du miroir est presque aussi sombre que le faisceau à l’intérieur du verre! Photo avec un long temps de pose!