La ingeniería óptica es la disciplina de la ingeniería que se centra en el diseño de equipos y dispositivos que funcionan mediante el uso de luz. Se basa en la ciencia de la óptica, un campo de la física que estudia las propiedades y comportamientos de la luz visible y sus dos vecinos más cercanos en el espectro electromagnético, infrarrojo y ultravioleta. La práctica de la ingeniería óptica es antigua, y el uso de espejos, cristales moldeados y pulidos, o recipientes de agua clara con fines como la ampliación o el enfoque de la luz solar para iniciar incendios tiene más de 2,000 años. En los tiempos modernos, este campo es importante para una amplia gama de tecnologías, incluidos instrumentos ópticos como microscopios y binoculares, láseres y muchos dispositivos electrónicos y de comunicación de uso común.
Algunas aplicaciones prácticas de la óptica pueden realizarse utilizando un modelo de radiación electromagnética basado en la física clásica. Esto se debe a que las predicciones de la mecánica cuántica moderna difieren notablemente de la mecánica clásica solo a escala atómica o subatómica o en condiciones extremadamente inusuales, como temperaturas cercanas al cero absoluto. Muchas tecnologías ópticas modernas se basan en cómo los fotones individuales interactúan con átomos y partículas, donde las predicciones de la mecánica clásica dejan de ser una aproximación útil a la realidad, por lo que la ciencia de la óptica cuántica es necesaria para comprender y dominar estos fenómenos. La ciencia de los materiales también es un conocimiento importante para la ingeniería óptica.
El diseño de muchos dispositivos que utilizan la luz para ver o analizar objetos implica ingeniería óptica. Los instrumentos de visualización como binoculares, telescopios y microscopios utilizan lentes y espejos para ampliar las imágenes, mientras que los lentes correctivos para anteojos y lentes de contacto refractan la luz entrante para compensar los defectos en la visión del usuario. Por lo tanto, su creación exige un conocimiento científico considerable de cómo estos componentes ópticos afectarán la luz entrante. El diseño exitoso de una lente óptica requiere comprender cómo la composición, estructura y forma de una lente afectarán el funcionamiento de un dispositivo óptico, y cómo la forma y los materiales de una lente afectarán factores como la masa, el tamaño y la distribución del peso del dispositivo. , así como su capacidad para operar en diferentes condiciones.
El diseño de dispositivos llamados espectrómetros no se puede realizar sin ingeniería óptica. Un espectrómetro utiliza las propiedades de los fotones entrantes para descubrir información sobre la composición química u otros rasgos de la materia por la que la luz ha sido emitida o con la que interactuó. Los espectrómetros existen en una amplia gama de tipos diferentes y son enormemente importantes para la ciencia y la industria modernas, en aplicaciones que van desde la identificación de la composición de minerales hasta el control de calidad en la industria metalúrgica y el estudio del movimiento de otras galaxias.
La ingeniería óptica es igualmente esencial para la tecnología de fibra óptica, que transmite información a través de cables utilizando pulsos de luz en lugar de electricidad. Las fibras ópticas son materiales flexibles que se pueden utilizar como guías de ondas, materiales que pueden guiar la dirección de la luz. Guían la luz a medida que viaja aprovechando un fenómeno llamado reflexión interna total, que mantiene la luz canalizada por el núcleo de la fibra. El diseño de fibras ópticas requiere comprender cómo se refracta la luz a medida que se mueve a través de diferentes medios, junto con las cualidades refractivas de diferentes materiales. La fibra óptica es esencial para las tecnologías de comunicación modernas, como teléfonos, Internet de alta velocidad y televisión por cable, debido a su enorme capacidad.
El diseño de los láseres, que producen haces estrechos de luz coherente, también se basa en gran medida en la ingeniería óptica. Los láseres funcionan excitando energéticamente un material, llamado medio de ganancia, hasta que comienza a liberar energía en forma de fotones. El diseño de un láser en funcionamiento implica el conocimiento tanto de las propiedades cuánticas de la luz como de los diferentes materiales que se pueden usar como medios de ganancia para crear fotones con las cualidades necesarias para el uso previsto del láser y de cómo los equipos ópticos como lentes y espejos pueden enfocar. esa luz. La tecnología láser se usa ampliamente en la vida moderna. Es la base para formatos de discos ópticos como CD y DVD, la tecnología de detección LIDAR (detección de luz y rango) y en muchas aplicaciones industriales.