Wat is optische techniek?
Optische engineering is de engineeringdiscipline die zich richt op het ontwerpen van apparatuur en apparaten die functioneren met behulp van licht. Het is gebaseerd op de wetenschap van optica, een veld van de fysica dat de eigenschappen en het gedrag van zichtbaar licht en zijn twee naaste buren op het elektromagnetische spectrum bestudeert, infrarood en ultraviolet. De praktijk van optische engineering is oud, en het gebruik van spiegels, gevormde en gepolijste kristallen of containers met helder water voor doeleinden zoals vergroting of focussering van zonlicht om branden te starten, is meer dan 2000 jaar oud. In de moderne tijd is dit veld belangrijk voor een zeer breed scala aan technologieën, waaronder optische instrumenten zoals microscopen en verrekijkers, lasers en veel veelgebruikte elektronische en communicatie-apparaten.
Sommige praktische toepassingen van optica kunnen worden gedaan met behulp van een model van elektromagnetische straling op basis van klassieke fysica. Dit komt omdat de voorspellingen van de moderne kwantummechanica merkbaar alleen van de klassieke mechanica verschillen op atomaire of subatomaire schaal of onder extreem ongebruikelijke omstandigheden zoals temperaturen die bijna nul zijn. Veel moderne optische technologieën zijn gebaseerd op hoe individuele fotonen interageren met atomen en deeltjes, waarbij de voorspellingen van de klassieke mechanica niet langer een bruikbare benadering van de realiteit zijn, en dus is de wetenschap van de kwantumoptica nodig om deze fenomenen te begrijpen en te beheersen. Materiaalkunde is ook belangrijke kennis voor optische engineering.
Het ontwerp van veel apparaten die licht gebruiken om objecten te bekijken of te analyseren, vereist optische engineering. Kijkinstrumenten zoals een verrekijker, telescopen en microscopen gebruiken lenzen en spiegels om afbeeldingen te vergroten, terwijl corrigerende lenzen voor brillen en contactlenzen invallend licht breken om gebreken in het zicht van de drager te compenseren. Hun creatie vereist dus een aanzienlijke wetenschappelijke kennis van hoe deze optische componenten invallend licht zullen beïnvloeden. Succesvol optisch lensontwerp vereist inzicht in zowel hoe de samenstelling, structuur en vorm van een lens de werking van een optisch apparaat zal beïnvloeden, en hoe de vorm en materialen van een lens invloed hebben op factoren zoals de massa, grootte en gewichtsverdeling van het apparaat , evenals zijn vermogen om onder verschillende omstandigheden te werken.
Het ontwerp van apparaten genaamd spectrometers kan niet worden gedaan zonder optische engineering. Een spectrometer gebruikt de eigenschappen van binnenkomende fotonen om informatie te ontdekken over de chemische samenstelling of andere eigenschappen van de materie waarmee het licht is uitgezonden door of waarmee interactie is aangegaan. Spectrometers bestaan in een breed scala van verschillende soorten en zijn enorm belangrijk voor de moderne wetenschap en industrie, in toepassingen variërend van het identificeren van de samenstelling van mineralen tot kwaliteitscontrole in de metaalverwerkende industrie tot het bestuderen van de beweging van andere sterrenstelsels.
Optische engineering is ook essentieel voor glasvezeltechnologie, die informatie doorgeeft via kabels met lichtpulsen in plaats van elektriciteit. Optische vezels zijn flexibele materialen die kunnen worden gebruikt als golfgeleiders, materialen die de richting van het licht kunnen geleiden. Ze geleiden licht tijdens het reizen door gebruik te maken van een fenomeen dat totale interne reflectie wordt genoemd, waardoor het licht door de kern van de vezel wordt geleid. Het ontwerp van optische vezels vereist inzicht in hoe licht wordt gebroken terwijl het door verschillende media beweegt, samen met de brekingskwaliteiten van verschillende materialen. Glasvezel is essentieel voor moderne communicatietechnologieën, zoals telefoons, high-speed internet en kabeltelevisie, vanwege hun enorme capaciteit.
Het ontwerp van lasers, die smalle bundels van coherent licht produceren, is ook sterk afhankelijk van optische engineering. Lasers werken door het energetisch opwinden van een materiaal, een versterkingsmedium genoemd, totdat het energie begint af te geven in de vorm van fotonen. Het ontwerpen van een werkende laser vereist kennis van zowel de kwantumeigenschappen van licht als van verschillende materialen die kunnen worden gebruikt als versterkingsmedia om fotonen te maken met de kwaliteiten die nodig zijn voor het beoogde gebruik van de laser en van hoe optische apparatuur zoals lenzen en spiegels kunnen focussen dat licht. Lasertechnologie wordt veel gebruikt in het moderne leven. Het is de basis voor optische schijfmedia-indelingen zoals cd's en dvd's, de detectietechnologie LIDAR (lichtdetectie en -bereik) en in veel industriële toepassingen.