O que é engenharia óptica?
Engenharia óptica é a disciplina de engenharia que se concentra no design de equipamentos e dispositivos que funcionam usando a luz. Baseia-se na ciência da óptica, um campo da física que estuda as propriedades e comportamentos da luz visível e seus dois vizinhos mais próximos no espectro eletromagnético, infravermelho e ultravioleta. A prática da engenharia óptica é antiga, e o uso de espelhos, cristais moldados e polidos ou recipientes com água limpa para fins de ampliação ou foco da luz solar para iniciar incêndios tem mais de 2.000 anos. Nos tempos modernos, esse campo é importante para uma ampla gama de tecnologias, incluindo instrumentos ópticos, como microscópios e binóculos, lasers e muitos dispositivos eletrônicos e de comunicação comumente usados.
Algumas aplicações práticas da óptica podem ser feitas usando um modelo de radiação eletromagnética baseada na física clássica. Isso ocorre porque as previsões da mecânica quântica moderna divergem visivelmente da mecânica clássica apenas na escala atômica ou subatômica ou sob condições extremamente incomuns, como temperaturas zero quase absolutas. Muitas tecnologias ópticas modernas são baseadas em como os fótons individuais interagem com átomos e partículas, onde as previsões da mecânica clássica deixam de ser uma aproximação útil da realidade e, portanto, a ciência da óptica quântica é necessária para entender e dominar esses fenômenos. A ciência dos materiais também é um conhecimento importante para a engenharia óptica.
O design de muitos dispositivos que usam luz para visualizar ou analisar objetos envolve engenharia óptica. Instrumentos de visualização como binóculos, telescópios e microscópios usam lentes e espelhos para ampliar as imagens, enquanto as lentes corretivas para óculos e lentes de contato refratam a luz recebida para compensar defeitos na visão do usuário. Assim, sua criação exige um conhecimento científico considerável de como esses componentes ópticos afetarão a luz recebida. O design bem-sucedido das lentes ópticas requer a compreensão de como a composição, a estrutura e a forma das lentes afetarão o funcionamento de um dispositivo óptico e como a forma e os materiais das lentes afetarão fatores como a massa, o tamanho e a distribuição de peso do dispositivo. , bem como sua capacidade de operar em diferentes condições.
O design de dispositivos chamados espectrômetros não pode ser feito sem a engenharia óptica. Um espectrômetro usa as propriedades dos fótons recebidos para descobrir informações sobre a composição química ou outras características da matéria com a qual a luz foi emitida ou interagida. Os espectrômetros existem em uma ampla variedade de tipos diferentes e são extremamente importantes para a ciência e a indústria modernas, em aplicações que vão desde a identificação da composição de minerais ao controle de qualidade na indústria metalúrgica, até o estudo do movimento de outras galáxias.
A engenharia óptica também é essencial para a tecnologia de fibra óptica, que transmite informações através de cabos usando pulsos de luz em vez de eletricidade. As fibras ópticas são materiais flexíveis que podem ser usados como guias de ondas, materiais que podem orientar a direção da luz. Eles guiam a luz à medida que ela viaja, aproveitando um fenômeno chamado reflexão interna total, que mantém a luz canalizada no núcleo da fibra. O design das fibras ópticas requer uma compreensão de como a luz é refratada à medida que se move através de diferentes mídias, juntamente com as qualidades de refração de diferentes materiais. As fibras ópticas são essenciais para as modernas tecnologias de comunicação, como telefones, Internet de alta velocidade e televisão a cabo, devido à sua enorme capacidade.
O design dos lasers, que produzem feixes estreitos de luz coerente, também depende muito da engenharia óptica. Os lasers funcionam estimulando energicamente um material, chamado meio de ganho, até começar a liberar energia na forma de fótons. Projetar um laser em funcionamento envolve o conhecimento das propriedades quânticas da luz e de diferentes materiais que podem ser usados como meio de ganho, a fim de criar fótons com as qualidades necessárias para o uso pretendido do laser e como o foco em equipamentos ópticos, como lentes e espelhos aquela luz. A tecnologia laser é amplamente utilizada na vida moderna. É a base para formatos de mídia de disco óptico, como CDs e DVDs, a tecnologia de detecção LIDAR (detecção e alcance da luz) e em muitas aplicações industriais.