L’ingénierie optique est la discipline d’ingénierie qui se concentre sur la conception d’équipements et de dispositifs qui fonctionnent en utilisant la lumière. Il est basé sur la science de l’optique, un domaine de la physique qui étudie les propriétés et les comportements de la lumière visible et de ses deux plus proches voisins sur le spectre électromagnétique, l’infrarouge et l’ultraviolet. La pratique de l’ingénierie optique est ancienne et l’utilisation de miroirs, de cristaux façonnés et polis ou de récipients d’eau claire à des fins telles que le grossissement ou la focalisation de la lumière du soleil pour allumer des incendies remonte à plus de 2,000 XNUMX ans. À l’époque moderne, ce domaine est important pour un très large éventail de technologies, y compris les instruments optiques tels que les microscopes et les jumelles, les lasers et de nombreux appareils électroniques et de communication couramment utilisés.
Certaines applications pratiques de l’optique peuvent être réalisées en utilisant un modèle de rayonnement électromagnétique basé sur la physique classique. En effet, les prédictions de la mécanique quantique moderne divergent sensiblement de la mécanique classique uniquement à l’échelle atomique ou subatomique ou dans des conditions extrêmement inhabituelles telles que des températures proches du zéro absolu. De nombreuses technologies optiques modernes sont basées sur la façon dont les photons individuels interagissent avec les atomes et les particules, où les prédictions de la mécanique classique cessent d’être une approximation utile de la réalité, et la science de l’optique quantique est donc nécessaire pour comprendre et maîtriser ces phénomènes. La science des matériaux est également une connaissance importante pour l’ingénierie optique.
La conception de nombreux appareils qui utilisent la lumière pour visualiser ou analyser des objets fait appel à l’ingénierie optique. Les instruments de visualisation tels que les jumelles, les télescopes et les microscopes utilisent des lentilles et des miroirs pour agrandir les images, tandis que les verres correcteurs pour lunettes et lentilles de contact réfractent la lumière entrante pour compenser les défauts de vision du porteur. Ainsi, leur création exige une connaissance scientifique considérable de la façon dont ces composants optiques affecteront la lumière entrante. La conception réussie d’une lentille optique nécessite de comprendre à la fois comment la composition, la structure et la forme d’une lentille affecteront le fonctionnement d’un dispositif optique, et comment la forme et les matériaux d’une lentille affecteront des facteurs tels que la masse, la taille et la répartition du poids de l’appareil. , ainsi que sa capacité à fonctionner dans différentes conditions.
La conception de dispositifs appelés spectromètres ne peut se faire sans ingénierie optique. Un spectromètre utilise les propriétés des photons entrants pour découvrir des informations sur la composition chimique ou d’autres caractéristiques de la matière par laquelle la lumière a été émise ou avec laquelle elle a interagi. Les spectromètres existent dans un large éventail de types différents et sont extrêmement importants pour la science et l’industrie modernes, dans des applications allant de l’identification de la composition des minéraux au contrôle de la qualité dans l’industrie métallurgique à l’étude du mouvement d’autres galaxies.
L’ingénierie optique est également essentielle à la technologie de la fibre optique, qui transmet des informations via des câbles en utilisant des impulsions lumineuses au lieu de l’électricité. Les fibres optiques sont des matériaux flexibles qui peuvent être utilisés comme guides d’ondes, des matériaux qui peuvent guider la direction de la lumière. Ils guident la lumière pendant qu’elle se déplace en tirant parti d’un phénomène appelé réflexion interne totale, qui maintient la lumière canalisée vers le cœur de la fibre. La conception des fibres optiques nécessite une compréhension de la façon dont la lumière est réfractée lorsqu’elle se déplace à travers différents supports, ainsi que des qualités de réfraction des différents matériaux. Les fibres optiques sont essentielles aux technologies de communication modernes, telles que les téléphones, l’Internet haut débit et la télévision par câble, en raison de leur énorme capacité.
La conception des lasers, qui produisent des faisceaux étroits de lumière cohérente, repose également fortement sur l’ingénierie optique. Les lasers fonctionnent en excitant énergétiquement un matériau, appelé milieu à gain, jusqu’à ce qu’il commence à libérer de l’énergie sous forme de photons. La conception d’un laser fonctionnel implique la connaissance à la fois des propriétés quantiques de la lumière et des différents matériaux pouvant être utilisés comme support de gain afin de créer des photons ayant les qualités nécessaires à l’utilisation prévue du laser et de la façon dont les équipements optiques tels que les lentilles et les miroirs peuvent se concentrer. cette lumière. La technologie laser est largement utilisée dans la vie moderne. C’est la base des formats de supports de disques optiques tels que les CD et les DVD, la technologie de détection LIDAR (détection et télémétrie de la lumière) et dans de nombreuses applications industrielles.