مهندسی اپتیک و لیزر یک رشته مهندسی متمرکز بر استفاده از نور و لیزر در ساخت و توسعه دستگاه‌ها، سیستم‌ها و فناوری‌های مختلف است. این رشته به تحلیل، طراحی، تولید و کاربرد اپتیک و لیزر در صنایع مختلف می‌پردازد. اپتیک به مطالعه نور و رفتار آن در محیط‌های مختلف و لیزر به عنوان یک منبع نوری قوی و کاربردی مطرح است. مهندسی اپتیک و لیزر حوزه نوآورانه ای است که در آن کارشناسان از نور برای ایجاد فناوری هایی که زندگی روزمره ما را متحول می کند، از قبیل اینترنت پرسرعت تا تصویربرداری پزشکی پیشرفته استفاده می کنند. این رشته ، فیزیک و مهندسی را برای طراحی لنزها، لیزرها و سیستم های نوری ترکیب می کند. آیا شیفته این هستید که چگونه مهندسی اپتیک و لیزر آینده را شکل می دهد؟ درخشش پشت مهندسی اپتیک ولیزر و تأثیر آن بر نوآوری های فردا را کشف کنید. برای روشن کردن درک خود آماده اید؟

مهندسی اپتیک و لیزر رشته مهندسی است که بر طراحی تجهیزات و دستگاه هایی تمرکز دارد که با استفاده از نور عمل می کنند. این بر اساس علم اپتیک، رشته ای از فیزیک است که خواص و رفتار نور مرئی و دو همسایه نزدیک آن در طیف الکترومغناطیسی، مادون قرمز و فرابنفش را مطالعه می کند. روش مهندسی اپتیک و لیزر قدیمی است و استفاده از آینه ها، کریستال های شکل و صیقلی یا ظروف آب شفاف برای اهدافی مانند بزرگنمایی یا تمرکز نور خورشید برای شروع آتش بیش از 2000 سال قدمت دارد. در دوران مدرن، این زمینه برای طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها، از جمله ابزارهای نوری مانند میکروسکوپ و دوربین‌های دوچشمی، لیزرها و بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی و ارتباطی رایج اهمیت دارد.

برخی از کاربردهای عملی اپتیک را می توان با استفاده از مدل تابش الکترومغناطیسی بر اساس فیزیک کلاسیک انجام داد. این به این دلیل است که پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی مدرن تنها در مقیاس اتمی یا زیر اتمی یا در شرایط بسیار غیرعادی مانند دمای نزدیک به صفر مطلق، به‌طور محسوسی از مکانیک کلاسیک متفاوت است. بسیاری از فن‌آوری‌های نوری مدرن مبتنی بر نحوه تعامل فوتون‌های منفرد با اتم‌ها و ذرات هستند، جایی که پیش‌بینی‌های مکانیک کلاسیک دیگر تقریبی مفید از واقعیت نیستند، و بنابراین علم اپتیک کوانتومی برای درک و تسلط بر این پدیده‌ها ضروری است. علم مواد نیز دانش مهمی برای مهندسی اپتیک و لیزر است.

طراحی بسیاری از دستگاه هایی که از نور برای مشاهده یا تجزیه و تحلیل اشیاء استفاده می کنند، شامل مهندسی اپتیک و لیزر است. ابزارهای بینایی مانند دوربین دوچشمی، تلسکوپ و میکروسکوپ از لنزها و آینه‌ها برای بزرگ‌نمایی تصاویر استفاده می‌کنند، در حالی که لنزهای اصلاحی عینک و لنزهای تماسی، نور دریافتی را برای جبران نقص‌های بینایی کاربر شکست می‌دهند. بنابراین، ایجاد آنها مستلزم دانش علمی قابل توجهی از چگونگی تأثیر این اجزای نوری بر نور ورودی است. طراحی موفق لنز نوری مستلزم درک این موضوع است که هم ترکیب، ساختار و شکل لنز بر عملکرد دستگاه نوری تأثیر می‌گذارد و اینکه چگونه شکل و مواد لنز بر عواملی مانند جرم، اندازه و توزیع وزن دستگاه تأثیر می‌گذارد.

طراحی دستگاه هایی به نام طیف سنج بدون مهندسی اپتیک و لیزر امکان پذیر نیست. یک طیف‌سنج از خواص فوتون‌های ورودی برای کشف اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی یا سایر ویژگی‌های ماده استفاده می‌کند که نور از آن ساطع شده یا با آن برهم‌کنش داشته است. طیف‌سنج‌ها در طیف گسترده‌ای از انواع مختلف وجود دارند و برای علم و صنعت مدرن بسیار مهم هستند، در کاربردهایی از شناسایی ترکیب مواد معدنی گرفته تا کنترل کیفیت در صنعت فلزکاری تا مطالعه حرکت کهکشان‌های دیگر کاربرد دارند.

مهندسی اپتیک و لیزر نیز برای فناوری فیبر نوری ضروری است که اطلاعات را از طریق کابل ها با استفاده از پالس های نور به جای برق منتقل می کند. فیبرهای نوری مواد انعطاف پذیری هستند که می توانند به عنوان موجبر استفاده شوند، موادی که می توانند جهت نور را هدایت کنند. آنها نور را در حین حرکت با بهره گیری از پدیده ای به نام بازتاب داخلی کل هدایت می کنند که نور را به سمت هسته فیبر هدایت می کند. طراحی فیبرهای نوری مستلزم درک چگونگی شکست نور هنگام حرکت در محیط های مختلف، همراه با کیفیت شکست مواد مختلف است. فیبر نوری به دلیل ظرفیت بسیار زیاد برای فناوری های ارتباطی مدرن مانند تلفن، اینترنت پرسرعت و تلویزیون کابلی ضروری است.

طراحی لیزرها که پرتوهای باریکی از نور منسجم را تولید می کنند نیز به شدت بر مهندسی اپتیک و لیزر متکی است. لیزرها با برانگیختن انرژی ماده ای به نام محیط افزایش کار می کنند تا زمانی که شروع به آزاد کردن انرژی به شکل فوتون کند. طراحی یک لیزر کارآمد مستلزم آگاهی از خواص کوانتومی نور و مواد مختلف است که می‌توانند به‌عنوان رسانه به‌دست‌آمده برای ایجاد فوتون‌هایی با کیفیت‌های لازم برای استفاده لیزر و نحوه تمرکز تجهیزات نوری مانند لنزها و آینه‌ها استفاده شوند. آن نور فناوری لیزر به طور گسترده در زندگی مدرن استفاده می شود. این پایه برای فرمت های رسانه دیسک نوری مانند CD و DVD، فناوری تشخیص LIDAR (تشخیص نور و محدوده) و در بسیاری از کاربردهای صنعتی است.