Co je optické inženýrství?
Optické inženýrství je inženýrská disciplína, která se zaměřuje na konstrukci zařízení a zařízení, která fungují pomocí světla. Je založen na vědecké optice, oboru fyziky, který studuje vlastnosti a chování viditelného světla a jeho dvou nejbližších sousedů na elektromagnetickém spektru, infračerveném a ultrafialovém. Praxe optického inženýrství je prastará a použití zrcadel, tvarovaných a leštěných krystalů nebo nádob s čistou vodou pro účely, jako je zvětšení nebo zaostření slunečního světla k zahájení požáru, je staré více než 2 000 let. V moderní době je toto pole důležité pro velmi širokou škálu technologií, včetně optických přístrojů, jako jsou mikroskopy a dalekohledy, lasery a mnoho běžně používaných elektronických a komunikačních zařízení.
Některé praktické aplikace optiky lze provést pomocí modelu elektromagnetického záření založeného na klasické fyzice. Důvodem je, že předpovědi moderní kvantové mechaniky se výrazně liší od klasické mechaniky pouze v atomové nebo subatomické stupnici nebo za extrémně neobvyklých podmínek, jako jsou téměř absolutní nulové teploty. Mnoho moderních optických technologií je založeno na tom, jak jednotlivé fotony interagují s atomy a částicemi, kde předpovědi klasické mechaniky přestávají být užitečnou aproximací reality, a proto je pro pochopení a zvládnutí těchto jevů nezbytná věda kvantové optiky. Vědy o materiálech jsou také důležité znalosti pro optické inženýrství.
Konstrukce mnoha zařízení, která používají světlo k prohlížení nebo analýze objektů, zahrnuje optické inženýrství. Prohlížecí přístroje, jako jsou dalekohledy, dalekohledy a mikroskopy, používají ke zvětšení obrazu čočky a zrcadla, zatímco korekční čočky pro brýle a kontaktní čočky refrakční světlo přicházejí do světla, aby kompenzovaly vady uživatele. Jejich vytvoření tedy vyžaduje značné vědecké znalosti o tom, jak tyto optické komponenty ovlivní příchozí světlo. Úspěšný design optických čoček vyžaduje pochopení toho, jak složení, struktura a tvar čočky ovlivní fungování optického zařízení a jak tvar a materiály čočky ovlivní faktory, jako je hmotnost, velikost a rozložení hmotnosti zařízení , stejně jako jeho schopnost pracovat v různých podmínkách.
Návrh zařízení zvaných spektrometry nelze provést bez optického inženýrství. Spektrometr používá vlastnosti příchozích fotonů k objevování informací o chemickém složení nebo jiných vlastnostech hmoty, se kterou bylo světlo emitováno nebo s ním interagovalo. Spektrometry existují v široké škále různých typů a jsou nesmírně důležité pro moderní vědu a průmysl, v aplikacích sahajících od identifikace složení minerálů po kontrolu kvality v kovozpracujícím průmyslu až po studium pohybu jiných galaxií.
Optické inženýrství je rovněž zásadní pro technologii optických vláken, která přenáší informace prostřednictvím kabelů pomocí pulzů světla místo elektřiny. Optická vlákna jsou flexibilní materiály, které lze použít jako vlnovody, materiály, které mohou vést směr světla. Vedou světlo, když cestuje, a využívají jevu zvaného totální vnitřní odraz, který udržuje světlo směrované dolů jádrem vlákna. Konstrukce optických vláken vyžaduje pochopení toho, jak je světlo lomeno, když se pohybuje přes různá média, spolu s refrakčními vlastnostmi různých materiálů. Vláknová optika je nezbytná pro moderní komunikační technologie, jako jsou telefony, vysokorychlostní internet a kabelová televize, díky jejich obrovské kapacitě.
Konstrukce laserů, které produkují úzké paprsky koherentního světla, také silně závisí na optickém inženýrství. Lasery pracují energeticky vzrušujícím materiálem, zvaným ziskové médium, dokud nezačne uvolňovat energii ve formě fotonů. Navrhování pracovního laseru zahrnuje znalost jak kvantových vlastností světla, tak různých materiálů, které lze použít jako média pro získání, aby se vytvořily fotony s vlastnostmi nezbytnými pro zamýšlené použití laseru a jak se mohou optická zařízení, jako jsou čočky a zrcadla, zaostřit to světlo. Laserová technologie je široce používána v moderním životě. Je základem pro formáty optických disků, jako jsou CD a DVD, detekční technologie LIDAR (detekce a rozsah světla) a v mnoha průmyslových aplikacích.