Ingineria optică este disciplina de inginerie care se concentrează pe proiectarea echipamentelor și dispozitivelor care funcționează prin utilizarea luminii. Se bazează pe știința opticii, un domeniu al fizicii care studiază proprietățile și comportamentele luminii vizibile și ale celor mai apropiați vecini ai săi din spectrul electromagnetic, infraroșu și ultraviolete. Practica ingineriei optice este străveche, iar utilizarea oglinzilor, a cristalelor modelate și lustruite sau a recipientelor cu apă limpede în scopuri precum mărirea sau focalizarea luminii solare pentru a aprinde incendii are mai mult de 2,000 de ani. În vremurile moderne, acest domeniu este important pentru o gamă foarte largă de tehnologii, inclusiv instrumente optice precum microscoape și binocluri, lasere și multe dispozitive electronice și de comunicații utilizate în mod obișnuit.
Unele aplicații practice ale opticii pot fi realizate folosind un model de radiație electromagnetică bazat pe fizica clasică. Acest lucru se datorează faptului că predicțiile mecanicii cuantice moderne diferă în mod semnificativ de mecanica clasică doar la scară atomică sau subatomică sau în condiții extrem de neobișnuite, cum ar fi temperaturi aproape de zero absolut. Multe tehnologii optice moderne se bazează pe modul în care fotonii individuali interacționează cu atomii și particulele, unde predicțiile mecanicii clasice încetează să mai fie o aproximare utilă a realității și astfel știința opticii cuantice este necesară pentru a înțelege și a stăpâni aceste fenomene. Știința materialelor este, de asemenea, cunoștințe importante pentru ingineria optică.
Proiectarea multor dispozitive care folosesc lumina pentru a vizualiza sau analiza obiecte implică inginerie optică. Instrumentele de vizualizare, cum ar fi binoclul, telescoape și microscoape, folosesc lentile și oglinzi pentru a mări imaginile, în timp ce lentilele corective pentru ochelari de vedere și lentilele de contact refractează lumina primită pentru a compensa defectele vederii purtătorului. Astfel, crearea lor necesită cunoștințe științifice considerabile despre modul în care aceste componente optice vor afecta lumina de intrare. Proiectarea de succes a lentilelor optice necesită înțelegerea atât a modului în care compoziția, structura și forma unei lentile vor afecta funcționarea unui dispozitiv optic, cât și modul în care forma și materialele unei lentile vor afecta factori precum masa, dimensiunea și distribuția greutății dispozitivului. , precum și capacitatea sa de a funcționa în diferite condiții.
Proiectarea dispozitivelor numite spectrometre nu se poate face fără inginerie optică. Un spectrometru folosește proprietățile fotonilor care intră pentru a descoperi informații despre compoziția chimică sau alte trăsături ale materiei prin care lumina a fost emisă sau cu care a interacționat. Spectrometrele există într-o gamă largă de tipuri diferite și sunt extrem de importante pentru știința și industria moderne, în aplicații variind de la identificarea compoziției mineralelor până la controlul calității în industria metalurgică până la studiul mișcării altor galaxii.
Ingineria optică este, de asemenea, esențială pentru tehnologia cu fibră optică, care transmite informații prin cabluri folosind impulsuri de lumină în loc de electricitate. Fibrele optice sunt materiale flexibile care pot fi folosite ca ghiduri de undă, materiale care pot ghida direcția luminii. Ele ghidează lumina pe măsură ce călătorește, profitând de un fenomen numit reflexie internă totală, care menține lumina canalizată în miezul fibrei. Proiectarea fibrelor optice necesită o înțelegere a modului în care lumina este refractă pe măsură ce se mișcă prin diferite medii, împreună cu calitățile de refracție ale diferitelor materiale. Fibra optică este esențială pentru tehnologiile moderne de comunicație, cum ar fi telefoanele, internetul de mare viteză și televiziunea prin cablu, datorită capacității lor enorme.
Designul laserelor, care produc fascicule înguste de lumină coerentă, se bazează, de asemenea, în mare măsură pe ingineria optică. Laserele funcționează prin excitarea energetică a unui material, numit mediu de câștig, până când începe să elibereze energie sub formă de fotoni. Proiectarea unui laser funcțional implică cunoașterea atât a proprietăților cuantice ale luminii, cât și a diferitelor materiale care pot fi folosite ca medii de câștig pentru a crea fotoni cu calitățile necesare utilizării prevăzute a laserului și a modului în care echipamentele optice, cum ar fi lentilele și oglinzile, pot focaliza. lumina aceea. Tehnologia laser este utilizată pe scară largă în viața modernă. Este baza pentru formatele media de disc optice, cum ar fi CD-urile și DVD-urile, tehnologia de detectare LIDAR (detecție și interval de lumină) și în multe aplicații industriale.