Qu'est-ce que l'ingénierie optique?
L'ingénierie optique est la discipline d'ingénierie qui met l'accent sur la conception d'équipements et de dispositifs fonctionnant en utilisant la lumière. Il est basé sur la science de l'optique, un domaine de la physique qui étudie les propriétés et les comportements de la lumière visible et de ses deux plus proches voisins sur le spectre électromagnétique, l'infrarouge et l'ultraviolet. La pratique de l'ingénierie optique est ancienne et l'utilisation de miroirs, de cristaux façonnés et polis ou de récipients d'eau claire pour des objectifs tels que le grossissement ou la focalisation de la lumière du soleil pour allumer des feux a plus de 2 000 ans. De nos jours, ce domaine est important pour un très large éventail de technologies, notamment les instruments optiques tels que les microscopes et les jumelles, les lasers et de nombreux dispositifs électroniques et de communication couramment utilisés.
Certaines applications pratiques de l'optique peuvent être réalisées à l'aide d'un modèle de rayonnement électromagnétique basé sur la physique classique. En effet, les prédictions de la mécanique quantique moderne divergent notablement de la mécanique classique uniquement à l'échelle atomique ou subatomique ou dans des conditions extrêmement inhabituelles telles que des températures proches du zéro absolu. De nombreuses technologies optiques modernes sont basées sur la manière dont les photons individuels interagissent avec les atomes et les particules, où les prédictions de la mécanique classique cessent d'être une approximation utile de la réalité. La science de l'optique quantique est donc nécessaire pour comprendre et maîtriser ces phénomènes. La science des matériaux est également une connaissance importante pour l'ingénierie optique.
La conception de nombreux appareils utilisant la lumière pour visualiser ou analyser des objets implique une ingénierie optique. Les instruments de visualisation tels que les jumelles, les télescopes et les microscopes utilisent des lentilles et des miroirs pour agrandir les images, tandis que les lentilles correctrices pour lunettes et lentilles cornéennes réfractent la lumière entrante pour compenser les défauts de vision du porteur. Ainsi, leur création nécessite des connaissances scientifiques considérables sur la manière dont ces composants optiques affecteront la lumière entrante. Pour réussir la conception d'une lentille optique, il faut comprendre à la fois comment sa composition, sa structure et sa forme affecteront le fonctionnement d'un dispositif optique, et comment la forme et les matériaux d'une lentille affecteront des facteurs tels que la masse, la taille et la répartition du poids de l'appareil. , ainsi que sa capacité à fonctionner dans différentes conditions.
La conception de dispositifs appelés spectromètres ne peut se faire sans ingénierie optique. Un spectromètre utilise les propriétés des photons entrants pour découvrir des informations sur la composition chimique ou d'autres caractéristiques de la matière par laquelle la lumière a été émise ou avec laquelle elle a interagi. Les spectromètres existent dans un grand nombre de types différents et revêtent une importance capitale pour la science moderne et l'industrie, allant de l'identification de la composition des minéraux au contrôle de la qualité dans l'industrie du travail des métaux jusqu'à l'étude du mouvement d'autres galaxies.
L'ingénierie optique est également essentielle à la technologie des fibres optiques, qui transmet des informations par des câbles utilisant des impulsions de lumière au lieu d'électricité. Les fibres optiques sont des matériaux souples pouvant servir de guides d'ondes, des matériaux pouvant guider la direction de la lumière. Ils guident la lumière au cours de son trajet en tirant parti d'un phénomène appelé réflexion interne totale, qui maintient la lumière dirigée vers le cœur de la fibre. La conception des fibres optiques nécessite de comprendre comment la lumière est réfractée lorsqu’elle se déplace dans différents milieux, ainsi que les qualités de réfraction de différents matériaux. La fibre optique est essentielle aux technologies de communication modernes, telles que les téléphones, Internet haute vitesse et la télévision par câble, en raison de leur énorme capacité.
La conception des lasers, qui produisent des faisceaux étroits de lumière cohérente, repose également fortement sur l'ingénierie optique. Les lasers agissent en excitant énergiquement un matériau, appelé milieu de gain, jusqu'à ce qu'il commence à libérer de l'énergie sous forme de photons. La conception d'un laser fonctionnel implique la connaissance des propriétés quantiques de la lumière et de différents matériaux pouvant être utilisés comme supports de gain afin de créer des photons possédant les qualités nécessaires à l'utilisation prévue du laser et de la manière dont peuvent être focalisés les équipements optiques tels que les lentilles et les miroirs. cette lumière. La technologie laser est largement utilisée dans la vie moderne. Il constitue la base des formats de support de disque optique tels que les CD et les DVD, de la technologie de détection LIDAR (détection et télémétrie par la lumière) et de nombreuses applications industrielles.