Kas ir optiskā inženierija?

Dažus praktiskus optikas pielietojumus var veikt, izmantojot elektromagnētiskā starojuma modeli, kura pamatā ir klasiskā fizika. Tas ir tāpēc, ka mūsdienu kvantu mehānikas prognozes ievērojami atšķiras no klasiskās mehānikas tikai atomu vai subatomu mērogā vai ārkārtīgi neparastos apstākļos, piemēram, gandrīz absolūtā nulles temperatūrā. Daudzas mūsdienu optiskās tehnoloģijas ir balstītas uz to, kā atsevišķi fotoni mijiedarbojas ar atomiem un daļiņām, kur klasiskās mehānikas prognozes pārstāj būt noderīgs realitātes tuvinājums, un tāpēc kvantu optikas zinātne ir nepieciešama, lai izprastu un apgūtu šīs parādības. Materiālzinātne ir arī svarīgas zināšanas optiskajā inženierijā.

Daudzu ierīču dizains, kas objektu skatīšanai vai analīzei izmanto gaismu, ir saistīts ar optisko inženieriju. Skatīšanās instrumentos, piemēram, binokļos, teleskopos un mikroskopos, attēlu palielināšanai tiek izmantotas lēcas un spoguļi, savukārt briļļu un kontaktlēcu koriģējošās lēcas lauž ienākošo gaismu, lai kompensētu lietotāja redzes defektus. Tādējādi to izveidei ir vajadzīgas ievērojamas zinātniskas zināšanas par to, kā šie optiskie komponenti ietekmēs ienākošo gaismu. Veiksmīgam optisko lēcu projektēšanai ir jāsaprot gan par to, kā objektīva sastāvs, struktūra un forma ietekmēs optiskās ierīces darbību, gan par to, kā objektīva forma un materiāli ietekmēs tādus faktorus kā ierīces masa, izmērs un svara sadalījums., kā arī tā spēja darboties dažādos apstākļos.

Ierīču, ko sauc par spektrometriem, projektēšanu nevar veikt bez optiskās inženierijas. Spektrometrs izmanto ienākošo fotonu īpašības, lai atklātu informāciju par vielas ķīmisko sastāvu vai citām iezīmēm, ko izstaro gaisma vai ar kuru ir bijusi mijiedarbība. Spektrometri pastāv dažādos veidos, un tie ir ārkārtīgi svarīgi mūsdienu zinātnei un rūpniecībai, sākot no minerālu sastāva noteikšanas līdz kvalitātes kontrolei metālapstrādes nozarē un beidzot ar citu galaktiku kustību pētīšanu.

Optiskā inženierija ir svarīga arī optiskās šķiedras tehnoloģijā, kas pārraida informāciju pa kabeļiem, izmantojot gaismas impulsus, nevis elektrību. Optiskās šķiedras ir elastīgi materiāli, kurus var izmantot kā viļņvadus, materiālus, kas var vadīt gaismas virzienu. Tie virza gaismu, kad tā pārvietojas, izmantojot fenomenu, ko sauc par kopējo iekšējo atspīdumu, kas nodrošina gaismas virzību pa šķiedras kodolu. Optisko šķiedru dizains prasa izpratni par to, kā gaisma tiek lauzta, pārvietojoties pa dažādiem materiāliem, kā arī dažādu materiālu refrakcijas īpašības. Šķiedru optika ir būtiska mūsdienu sakaru tehnoloģijām, piemēram, tālruņiem, ātrgaitas internetam un kabeļtelevīzijai, pateicoties to milzīgajai kapacitātei.

Lāzeru dizains, kas rada šauru koherentas gaismas staru kūli, arī lielā mērā ir atkarīgs no optiskās inženierijas. Lāzeri darbojas, enerģētiski ierosinot materiālu, ko sauc par pastiprināšanas vidi, līdz tas sāk atbrīvot enerģiju fotonu veidā. Darba lāzera projektēšana ietver zināšanas gan par gaismas kvantu īpašībām, gan par dažādiem materiāliem, kurus var izmantot kā pastiprināšanas nesējus, lai radītu fotonus ar tādām īpašībām, kādas nepieciešamas lāzera paredzētajam lietojumam, un par to, kā optiskās iekārtas, piemēram, lēcas un spoguļi, var fokusēt. tā gaisma. Lāzera tehnoloģija tiek plaši izmantota mūsdienu dzīvē. Tas ir pamats optisko disku datu nesēju formātiem, piemēram, CD un DVD, noteikšanas tehnoloģijai LIDAR (gaismas noteikšana un diapazona noteikšana), kā arī daudzos rūpnieciskos lietojumos.