Co to jest inżynieria optyczna?

Inżynieria optyczna to dyscyplina inżynierska, która koncentruje się na projektowaniu sprzętu i urządzeń, które funkcjonują za pomocą światła. Opiera się na nauce optyki, dziedzinie fizyki, która bada właściwości i zachowania światła widzialnego oraz jego dwóch najbliższych sąsiadów w spektrum elektromagnetycznym, podczerwieni i ultrafiolecie. Praktyka inżynierii optycznej jest starożytna, a użycie luster, ukształtowanych i wypolerowanych kryształów lub pojemników z czystą wodą do celów, takich jak powiększenie lub skupienie światła słonecznego w celu rozpoczęcia pożarów, ma ponad 2000 lat. W czasach współczesnych pole to jest ważne dla bardzo szerokiej gamy technologii, w tym instrumentów optycznych, takich jak mikroskopy i lornetki, lasery i wiele powszechnie używanych urządzeń elektronicznych i komunikacyjnych.

Niektóre praktyczne zastosowania optyki można wykonać przy użyciu modelu promieniowania elektromagnetycznego w oparciu o klasyczną fizykę. Wynika to z faktu, że prognozy nowoczesnej mechaniki kwantowej zwracają się zauważalnie od CLAMechanika ssical tylko w skali atomowej lub subatomowej lub w wyjątkowo nietypowych warunkach, takich jak prawie niebaczelne temperatury zerowe. Wiele nowoczesnych technologii optycznych opiera się na tym, w jaki sposób poszczególne fotony oddziałują z atomami i cząsteczkami, w których prognozy klasycznej mechaniki przestają być użytecznym przybliżeniem rzeczywistości, a zatem nauka o optyce kwantowej jest niezbędna do zrozumienia i opanowania tych zjawisk. Nauka materiałowa jest również ważną wiedzą dla inżynierii optycznej.

Projekt wielu urządzeń, które wykorzystują światło do przeglądania lub analizy obiektów, obejmuje inżynierię optyczną. Przeglądanie instrumentów, takich jak lornetka, teleskopy i mikroskopy, używają soczewek i luster do powiększenia obrazów, podczas gdy soczewki korekcyjne dla okularów i soczewek kontaktowych załamują przychodzące światło, aby zrekompensować wady widzenia użytkownika. Zatem ich stworzenie wymaga znacznej wiedzy naukowej o tym, jak tSkładniki optyczne HESE wpłyną na przychodzące światło. Udana konstrukcja soczewki optycznej wymaga zrozumienia zarówno tego, w jaki sposób skład, struktura i kształt soczewki wpłyną na funkcjonowanie urządzenia optycznego, jak i w jaki sposób kształt i materiały soczewki wpłyną na czynniki, takie jak masa, rozmiar i rozkład urządzenia, a także jego zdolność do działania w różnych warunkach.

Projektowanie urządzeń zwanych spektrometry nie można wykonać bez inżynierii optycznej. Spektrometr wykorzystuje właściwości przychodzących fotonów, aby odkryć informacje o składzie chemicznym lub innych cechach, które światło zostało emitowane lub oddziaływane. Spektrometry istnieją w szerokiej gamie różnych typów i są niezwykle ważne dla współczesnej nauki i przemysłu, w aplikacjach, od identyfikacji składu minerałów po kontrolę jakości w branży obróbki metali po badanie ruchu innych galaktyk.

Inżynieria optyczna to również esentiaL do technologii światłowodowej, która przesyła informacje za pomocą kabli za pomocą impulsów światła zamiast energii elektrycznej. Włókna optyczne to elastyczne materiały, które można stosować jako falowody, materiały, które mogą kierować kierunkiem światła. Prowadzą światło, gdy podróżuje, wykorzystując zjawisko zwane całkowitym odbiciem wewnętrznym, które utrzymuje światło w dół rdzenia włókna. Projekt włókien optycznych wymaga zrozumienia, w jaki sposób światło jest załamane, gdy przesuwa się przez różne media, wraz z właściwościami refrakcyjnymi różnych materiałów. Optyki światłowodowe są niezbędne dla nowoczesnych technologii komunikacyjnych, takich jak telefony, szybki Internet i telewizja kablowa, ze względu na ich ogromną pojemność.

Projektowanie laserów, które wytwarzają wąskie wiązki spójnego światła, również opiera się na inżynierii optycznej. Lasery działają według energetycznie ekscytującego materiału, zwanego medium wzmocnienia, dopóki nie zacznie uwalniać energii w postaci fotonów. Projektowanie WorKing Laser obejmuje wiedzę zarówno o właściwościach kwantowych światła, jak i różnych materiałów, które można wykorzystać jako media wzmocnienia w celu tworzenia fotonów z cechami niezbędnymi do zamierzonego zastosowania lasera oraz o tym, jak sprzęt optyczny, taki jak soczewki i lustra, mogą skupić się na tym świetle. Technologia laserowa jest szeroko stosowana we współczesnym życiu. Jest to podstawa formatów dysków optycznych, takich jak płyty CD i DVD, Lidar technologii detekcji (wykrywanie światła) oraz w wielu zastosowaniach przemysłowych.