Cos'è l'ingegneria ottica?

L'ingegneria ottica è la disciplina ingegneristica che si concentra sulla progettazione di attrezzature e dispositivi che funzionano usando la luce.Si basa sulla scienza dell'ottica, un campo di fisica che studia le proprietà e i comportamenti della luce visibile e i suoi due vicini più vicini sullo spettro elettromagnetico, infrarosso e ultravioletto.La pratica dell'ingegneria ottica è antica e l'uso di specchi, cristalli a forma e lucidati o contenitori di acqua chiara a fini come ingrandimento o focalizzazione della luce solare per iniziare gli incendi ha più di 2000 anni.Nei tempi moderni, questo campo è importante per una vasta gamma di tecnologie, inclusi strumenti ottici come microscopi e binocoli, laser e molti dispositivi elettronici e di comunicazione comunemente usati.

Alcune applicazioni pratiche di ottica possono essere eseguite usando un modello di modelloRadiazioni elettromagnetiche basate sulla fisica classica.Questo perché le previsioni della moderna meccanica quantistica divergono notevolmente dalla meccanica classica solo su scala atomica o subatomica o in condizioni estremamente insolite come le temperature zero quasi absolute.Molte moderne tecnologie ottiche si basano su come i singoli fotoni interagiscono con atomi e particelle, in cui le previsioni della meccanica classica cessano di essere un'approssimazione utile della realtà, e quindi la scienza dell'ottica quantistica è necessaria per comprendere e padroneggiare questi fenomeni.La scienza dei materiali è anche una conoscenza importante per l'ingegneria ottica.

La progettazione di molti dispositivi che usano la luce per visualizzare o analizzare gli oggetti coinvolge l'ingegneria ottica.Visualizzazione di strumenti come binocoli, telescopi e microscopi utilizzano lenti e specchi per ingrandire le immagini, mentre le lenti correttive per gli occhiali e le lenti a contatto rifrattare la luce in arrivo per compensare i difetti nella visione di Wearners.Pertanto, la loro creazione richiede una notevole conoscenza scientifica di come questi componenti ottici influenzeranno la luce in arrivo.La progettazione di lenti ottiche di successo richiede la comprensione sia di come una composizione, una struttura e una forma di una lente influenzerà il funzionamento di un dispositivo ottico e in che modo una forma e i materiali delle lenti influenzeranno fattori come i dispositivi di massa, dimensioni e distribuzione del peso, comecosì come la sua capacità di operare in diverse condizioni.

La progettazione di dispositivi chiamati spettrometri non può essere eseguita senza ingegneria ottica.Uno spettrometro utilizza le proprietà dei fotoni in arrivo per scoprire informazioni sulla composizione chimica o altri tratti della questione da cui la luce è stata emessa o interagita.Gli spettrometri esistono in una vasta gamma di diversi tipi e sono enormemente importanti per la scienza e l'industria moderna, in applicazioni che vanno dall'identificazione della composizione dei minerali al controllo di qualità nel settore della lavorazione dei metalli allo studio di altre galassie. L'ingegneria ottica è anche essenzialealla tecnologia in fibra ottica, che trasmette informazioni attraverso i cavi usando impulsi di luce anziché elettricità.Le fibre ottiche sono materiali flessibili che possono essere utilizzati come guide d'onda, materiali che possono guidare la direzione della luce.Guidano la luce mentre viaggia sfruttando un fenomeno chiamato riflesso interno totale, che mantiene la luce incanalata lungo il nucleo della fibra.Il design delle fibre ottiche richiede una comprensione di come la luce viene rifratta mentre si muove attraverso diversi media, insieme alle qualità di rifrazione di materiali diversi.Optiche in fibra sono essenziali per le moderne tecnologie di comunicazione, come telefoni, Internet ad alta velocità e televisione via cavo, a causa della loro enorme capacità.

La progettazione di laser, che producono travi stretti di luce coerente, si basa anche sull'ingegneria ottica.I laser funzionano con un materiale energicamente eccitante, chiamato mezzo di guadagno, fino a quando non inizia a rilasciare energia sotto forma di fotoni.Progettare un laser funzionanteConoscenza di VES sia delle proprietà quantistiche della luce che di materiali diversi che possono essere utilizzati come media per creare fotoni con le qualità necessarie per l'uso previsto dai laser e di come apparecchiature ottiche come lenti e specchi possono concentrare quella luce.La tecnologia laser è ampiamente utilizzata nella vita moderna.È la base per formati di media a disco ottici come CD e DVD, Lidar della tecnologia di rilevamento (rilevamento della luce e range) e in molte applicazioni industriali.