Τι είναι η οπτική μηχανική;

Η οπτική μηχανική είναι η πειθαρχία της μηχανικής που επικεντρώνεται στο σχεδιασμό του εξοπλισμού και των συσκευών που λειτουργούν χρησιμοποιώντας το φως.Βασίζεται στην επιστήμη της οπτικής, ένα πεδίο φυσικής που μελετά τις ιδιότητες και τις συμπεριφορές του ορατού φωτός και τους δύο πλησιέστερους γείτονές του στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, υπέρυθρο και υπεριώδη.Η πρακτική της οπτικής μηχανικής είναι αρχαία και η χρήση καθρέφτη, διαμορφωμένου και γυαλισμένου κρυστάλλου ή δοχεία καθαρού νερού για σκοπούς όπως η μεγέθυνση ή η εστίαση του ηλιακού φωτός για τις πυρκαγιές είναι πάνω από 2.000 ετών.Στη σύγχρονη εποχή, ο τομέας αυτός είναι σημαντικός για ένα πολύ ευρύ φάσμα τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων οπτικών οργάνων όπως μικροσκόπια και κιάλια, λέιζερ και πολλές συνήθως χρησιμοποιούμενες ηλεκτρονικές και επικοινωνιακές συσκευές.Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με βάση την κλασσική φυσική.Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι προβλέψεις της σύγχρονης κβαντικής μηχανικής αποκλίνουν αισθητά από την κλασσική μηχανική μόνο στην ατομική ή υποατομική κλίμακα ή υπό εξαιρετικά ασυνήθιστες συνθήκες, όπως οι μηδενικές μηδενικές θερμοκρασίες.Πολλές σύγχρονες οπτικές τεχνολογίες βασίζονται στον τρόπο με τον οποίο τα μεμονωμένα φωτόνια αλληλεπιδρούν με τα άτομα και τα σωματίδια, όπου οι προβλέψεις της κλασσικής μηχανικής παύουν να είναι μια χρήσιμη προσέγγιση της πραγματικότητας και έτσι η επιστήμη της κβαντικής οπτικής είναι απαραίτητη για να κατανοήσουμε και να κυριαρχήσουν αυτά τα φαινόμενα.Η επιστήμη των υλικών είναι επίσης σημαντική γνώση για την οπτική μηχανική.

Ο σχεδιασμός πολλών συσκευών που χρησιμοποιούν φως για να προβάλλουν ή να αναλύουν αντικείμενα περιλαμβάνουν την οπτική μηχανική.Τα όργανα προβολής όπως τα κιάλια, τα τηλεσκόπια και τα μικροσκόπια χρησιμοποιούν φακούς και καθρέφτες για να μεγεθύνουν τις εικόνες, ενώ οι διορθωτικοί φακοί για γυαλιά και φακούς επαφής διαθέτουν εισερχόμενο φως για να αντισταθμίσουν τα ελαττώματα στο όραμα του χρήστη.Έτσι, η δημιουργία τους απαιτεί σημαντική επιστημονική γνώση του τρόπου με τον οποίο αυτά τα οπτικά συστατικά θα επηρεάσουν το εισερχόμενο φως.Ο επιτυχημένος σχεδιασμός οπτικού φακού απαιτεί κατανόηση τόσο του τρόπου με τον οποίο η σύνθεση, η δομή και το σχήμα του φακού θα επηρεάσουν τη λειτουργία μιας οπτικής συσκευής και πώς το σχήμα και τα υλικά του φακού θα επηρεάσουν παράγοντες όπως η μάζα, το μέγεθος και η κατανομή της συσκευής μιας συσκευής, καθώς και η ικανότητά του να λειτουργεί σε διαφορετικές συνθήκες.

Ο σχεδιασμός συσκευών που ονομάζονται φασματόμετρα δεν μπορούν να γίνουν χωρίς οπτική μηχανική.Ένα φασματόμετρο χρησιμοποιεί τις ιδιότητες των εισερχόμενων φωτονίων για να ανακαλύψει πληροφορίες σχετικά με τη χημική σύνθεση ή άλλα χαρακτηριστικά του θέματος με το οποίο το φως έχει εκπέμπει ή αλληλεπιδρά με.Τα φασματόμετρα υπάρχουν σε ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών τύπων και είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη σύγχρονη επιστήμη και τη βιομηχανία, σε εφαρμογές που κυμαίνονται από την αναγνώριση της σύνθεσης των ορυκτών έως τον ποιοτικό έλεγχο στη μεταλλική βιομηχανία για τη μελέτη της κίνησης άλλων γαλαξιών. Η οπτική μηχανική είναι επίσης απαραίτητη είναι επίσης απαραίτητησε τεχνολογία οπτικών ινών, η οποία μεταδίδει πληροφορίες μέσω καλωδίων χρησιμοποιώντας παλμούς φωτός αντί για ηλεκτρική ενέργεια.Οι οπτικές ίνες είναι ευέλικτα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κυματοδηγοί, υλικά που μπορούν να καθοδηγήσουν την κατεύθυνση του φωτός.Οδηγούν το φως καθώς ταξιδεύει εκμεταλλευόμενοι ένα φαινόμενο που ονομάζεται ολική εσωτερική αντανάκλαση, η οποία κρατά το φως που διοχετεύεται κάτω από τον πυρήνα της ίνας.Ο σχεδιασμός των οπτικών ινών απαιτεί την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διαθλάται το φως καθώς κινείται μέσα από διαφορετικά μέσα, μαζί με τις διαθλαστικές ιδιότητες διαφορετικών υλικών.Οι οπτικές ίνες είναι απαραίτητες για τις σύγχρονες τεχνολογίες επικοινωνίας, όπως τα τηλέφωνα, το διαδίκτυο υψηλής ταχύτητας και η καλωδιακή τηλεόραση, λόγω της τεράστιας ικανότητάς τους.

Ο σχεδιασμός των λέιζερ, τα οποία παράγουν στενές δοκούς συνεκτικού φωτός, βασίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό στην οπτική μηχανική.Τα λέιζερ εργάζονται με ενεργά συναρπαστικό υλικό, που ονομάζεται μέσο κέρδους, μέχρι να αρχίσει να απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή φωτονίων.Σχεδιάζοντας ένα λέιζερ εργασίας iΗ γνώση τόσο των κβαντικών ιδιοτήτων του φωτός όσο και των διαφορετικών υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μέσου κέρδους για να δημιουργηθούν φωτόνια με τις ιδιότητες που απαιτούνται για την επιδιωκόμενη χρήση του λέιζερ και τον τρόπο με τον οποίο ο οπτικός εξοπλισμός, όπως οι φακοί και οι καθρέφτες, μπορούν να εστιάσουν αυτό το φως.Η τεχνολογία λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως στη σύγχρονη ζωή.Είναι η βάση για μορφές μέσων οπτικών δίσκων, όπως CD και DVD, η τεχνολογία ανίχνευσης LIDAR (ανίχνευση φωτός και κυμαίνεται) και σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές.