¿Qué es la ingeniería óptica?
La ingeniería óptica es la disciplina de ingeniería que se centra en el diseño de equipos y dispositivos que funcionan mediante el uso de la luz. Se basa en la ciencia de la óptica, un campo de la física que estudia las propiedades y los comportamientos de la luz visible y sus dos vecinos más cercanos en el espectro electromagnético, infrarrojo y ultravioleta. La práctica de la ingeniería óptica es antigua, y el uso de espejos, cristales formados y pulidos, o recipientes de agua clara para fines tales como la ampliación o el enfoque de la luz solar para iniciar incendios tiene más de 2.000 años. En los tiempos modernos, este campo es importante para una amplia gama de tecnologías, incluidos instrumentos ópticos como microscopios y binoculares, láseres y muchos dispositivos electrónicos y de comunicación de uso común.
Algunas aplicaciones prácticas de la óptica pueden realizarse utilizando un modelo de radiación electromagnética basado en la física clásica. Esto se debe a que las predicciones de la mecánica cuántica moderna difieren notablemente de la mecánica clásica solo a escala atómica o subatómica o en condiciones extremadamente inusuales, como temperaturas cero casi absolutas. Muchas tecnologías ópticas modernas se basan en cómo los fotones individuales interactúan con los átomos y las partículas, donde las predicciones de la mecánica clásica dejan de ser una aproximación útil de la realidad, por lo que la ciencia de la óptica cuántica es necesaria para comprender y dominar estos fenómenos. La ciencia de los materiales también es un conocimiento importante para la ingeniería óptica.
El diseño de muchos dispositivos que usan luz para ver o analizar objetos involucra ingeniería óptica. Los instrumentos de visualización como binoculares, telescopios y microscopios usan lentes y espejos para ampliar las imágenes, mientras que los lentes correctivos para anteojos y lentes de contacto refractan la luz entrante para compensar los defectos en la visión del usuario. Por lo tanto, su creación exige un considerable conocimiento científico de cómo estos componentes ópticos afectarán la luz entrante. El diseño exitoso de una lente óptica requiere comprender tanto cómo la composición, estructura y forma de una lente afectará el funcionamiento de un dispositivo óptico, como cómo la forma y los materiales de una lente afectarán factores como la masa, el tamaño y la distribución del peso del dispositivo. , así como su capacidad para operar en diferentes condiciones.
El diseño de dispositivos llamados espectrómetros no se puede hacer sin ingeniería óptica. Un espectrómetro utiliza las propiedades de los fotones entrantes para descubrir información sobre la composición química u otros rasgos de la materia por la que la luz ha sido emitida o con la que ha interactuado. Los espectrómetros existen en una amplia gama de diferentes tipos y son enormemente importantes para la ciencia y la industria modernas, en aplicaciones que van desde la identificación de la composición de minerales hasta el control de calidad en la industria metalúrgica y el estudio del movimiento de otras galaxias.
La ingeniería óptica también es esencial para la tecnología de fibra óptica, que transmite información a través de cables utilizando pulsos de luz en lugar de electricidad. Las fibras ópticas son materiales flexibles que pueden usarse como guías de onda, materiales que pueden guiar la dirección de la luz. Guían la luz a medida que viaja aprovechando un fenómeno llamado reflexión interna total, que mantiene la luz canalizada hacia el núcleo de la fibra. El diseño de fibras ópticas requiere una comprensión de cómo se refracta la luz a medida que se mueve a través de diferentes medios, junto con las cualidades refractivas de diferentes materiales. La fibra óptica es esencial para las tecnologías de comunicación modernas, como teléfonos, Internet de alta velocidad y televisión por cable, debido a su enorme capacidad.
El diseño de los láseres, que producen haces estrechos de luz coherente, también depende en gran medida de la ingeniería óptica. Los láseres funcionan excitando energéticamente un material, llamado medio de ganancia, hasta que comienza a liberar energía en forma de fotones. El diseño de un láser en funcionamiento implica el conocimiento de las propiedades cuánticas de la luz y de los diferentes materiales que se pueden usar como medios de ganancia para crear fotones con las cualidades necesarias para el uso previsto del láser y de cómo pueden enfocarse los equipos ópticos como lentes y espejos. esa luz. La tecnología láser es ampliamente utilizada en la vida moderna. Es la base para los formatos de medios de discos ópticos, como CD y DVD, la tecnología de detección LIDAR (detección de luz y rango) y en muchas aplicaciones industriales.