Engenharia óptica

Definição

Os engenheiros ópticos aplicam os conceitos de óptica para pesquisar, projetar e desenvolver aplicativos em uma ampla gama de áreas. A óptica, que envolve as propriedades da luz e como ela interage com a matéria, é um ramo da física e da engenharia.

Os engenheiros ópticos estudam a maneira como a luz é produzida, transmitida, detectada e medida para determinar como ela pode ser usada e para construir dispositivos usando a tecnologia óptica.

No sentido mais básico, os engenheiros ópticos pesquisam, projetam e testam dispositivos que usam óptica, como câmeras, lasers, microscópios e refratômetros.

Ao aproveitar as propriedades da luz e de outros materiais, os engenheiros ópticos são capazes de produzir, controlar e manipular a luz para uso em dispositivos de alta tecnologia.

Esses profissionais podem aplicar suas habilidades em uma ampla variedade de indústrias, incluindo agricultura, aeroespacial, computadores, entretenimento, iluminação, medicamentos, petróleo e têxteis, entre outros.

Por exemplo, um engenheiro óptico pode trabalhar para uma empresa de instrumentos científicos e técnicos, projetando e testando dispositivos ópticos que serão incluídos em instrumentos de diagnóstico molecular.

Ou ele ou ela pode projetar equipamentos opto-mecânicos para uma empresa especializada em tecnologia aeroespacial e de defesa.

Os engenheiros ópticos também podem trabalhar com observatórios, ajudando a manter telescópios e testar outros instrumentos astronômicos.

O que é engenharia óptica?

Engenharia óptica é a disciplina de engenharia que se concentra no design de equipamentos e dispositivos que funcionam usando a luz.

É baseado na ciência da óptica, um campo da física que estuda as propriedades e comportamentos da luz visível e seus dois vizinhos mais próximos no espectro eletromagnético, infravermelho e ultravioleta.

A prática da engenharia óptica é antiga, e o uso de espelhos, cristais moldados e polidos ou recipientes com água limpa para fins de ampliação ou foco da luz solar para iniciar incêndios tem mais de 2.000 anos.

Nos tempos modernos, esse campo é importante para uma ampla gama de tecnologias, incluindo instrumentos ópticos, como microscópios e binóculos, lasers e muitos dispositivos eletrônicos e de comunicação comumente usados.

Algumas aplicações práticas da óptica podem ser feitas usando um modelo de radiação eletromagnética baseada na física clássica.

Isso ocorre porque as previsões da mecânica quântica moderna divergem visivelmente da mecânica clássica apenas na escala atômica ou subatômica ou sob condições extremamente incomuns, como temperaturas zero quase absolutas. Muitas tecnologias ópticas modernas são baseadas em como os fótons individuais interagem com átomos e partículas, onde as previsões da mecânica clássica deixam de ser uma aproximação útil da realidade e, portanto, a ciência da óptica quântica é necessária para entender e dominar esses fenômenos. A ciência dos materiais também é um conhecimento importante para a engenharia óptica.

O design de muitos dispositivos que usam luz para visualizar ou analisar objetos envolve engenharia óptica. Instrumentos de visualização como binóculos, telescópios e microscópios usam lentes e espelhos para ampliar as imagens, enquanto as lentes corretivas para óculos e lentes de contato refratam a luz recebida para compensar defeitos na visão do usuário.

Assim, sua criação exige um conhecimento científico considerável de como esses componentes ópticos afetarão a luz recebida. O design bem-sucedido das lentes ópticas requer a compreensão de como a composição, a estrutura e a forma das lentes afetarão o funcionamento de um dispositivo óptico e como o formato e os materiais das lentes afetarão fatores como a massa, o tamanho e a distribuição de peso do dispositivo, bem como sua capacidade de operar em diferentes condições.

O design de dispositivos chamados espectrômetros não pode ser feito sem a engenharia óptica.

Um espectrômetro usa as propriedades dos fótons recebidos para descobrir informações sobre a composição química ou outras características da matéria com a qual a luz foi emitida ou interagida.

Os espectrômetros existem em uma ampla variedade de tipos diferentes e são extremamente importantes para a ciência e a indústria modernas, em aplicações que vão desde a identificação da composição de minerais ao controle de qualidade na indústria metalúrgica, até o estudo do movimento de outras galáxias.

A engenharia óptica também é essencial para a tecnologia de fibra óptica, que transmite informações através de cabos usando pulsos de luz em vez de eletricidade.

As fibras ópticas são materiais flexíveis que podem ser usados como guias de ondas, materiais que podem orientar a direção da luz. Eles guiam a luz à medida que ela viaja, aproveitando um fenômeno chamado reflexão interna total, que mantém a luz canalizada no núcleo da fibra. O design das fibras ópticas requer uma compreensão de como a luz é refratada à medida que se move através de diferentes meios, juntamente com as qualidades de refração de diferentes materiais.

As fibras ópticas são essenciais para as modernas tecnologias de comunicação, como telefones, Internet de alta velocidade e televisão a cabo, devido à sua enorme capacidade.

O design dos lasers, que produzem feixes estreitos de luz coerente, também depende muito da engenharia óptica. Os lasers funcionam estimulando energicamente um material, chamado meio de ganho, até começar a liberar energia na forma de fótons. Projetar um laser em funcionamento envolve o conhecimento das propriedades quânticas da luz e de diferentes materiais que podem ser usados como meio de ganho, a fim de criar fótons com as qualidades necessárias para o uso pretendido do laser e como o foco em equipamentos ópticos, como lentes e espelhos aquela luz. A tecnologia laser é amplamente utilizada na vida moderna. É a base para formatos de mídia de disco óptico, como CDs e DVDs, a tecnologia de detecção LIDAR (detecção e alcance da luz) e em muitas aplicações industriais.

O que faz um engenheiro óptico?

Um engenheiro óptico pesquisa e desenvolve novas tecnologias relacionadas à ciência da luz.

A maioria dos profissionais trabalha em laboratórios de física altamente sofisticados, estudando o comportamento da luz e vendo como ela pode ser manipulada para aprimorar sistemas e equipamentos eletrônicos.

Entre outras tecnologias, um engenheiro óptico pode trabalhar com microscópios, chips de computador, linhas de telecomunicações ou eletrônicos de consumo.

Os engenheiros ópticos precisam estar intimamente familiarizados com as propriedades da luz e da óptica. Os especialistas entendem a matemática e a física por trás dos movimentos, transferência, geração, refração e detecção das ondas de luz. O conhecimento de química e eletricidade também é importante para poder estudar reações de luz em diferentes tipos de mídias.

Um engenheiro com uma sólida formação científica pode trabalhar rapidamente e projetar experimentos que provavelmente serão bem-sucedidos.

Um engenheiro óptico em uma instalação de pesquisa e desenvolvimento geralmente trabalha ao lado de uma equipe de outros engenheiros e técnicos.

Os membros da equipe criam esquemas altamente detalhados que descrevem o tamanho, a forma e a função de todas as peças mecânicas em uma peça de equipamento.

Eles também rastreiam o movimento e a intensidade da luz, eletricidade e outras formas de energia através do sistema hipotético. Uma vez que a equipe está confiante nos esquemas, protótipos podem ser construídos e testados. Os engenheiros supervisores revisam o trabalho da equipe, consideram custos e aprovam tecnologias de sucesso para produção em massa.

Muitas indústrias diferentes empregam engenheiros ópticos.

Profissionais de empresas de eletrônicos de consumo projetam televisores, telefones celulares, aparelhos de som, aparelhos de DVD e muitos outros produtos.

Um engenheiro óptico também pode trabalhar para um fabricante de hardware de computador, construindo mouses, monitores e placas-mãe sensíveis à luz.

As empresas de equipamentos médicos contam com engenheiros para desenvolver novas ferramentas de diagnóstico por imagem e equipamentos de triagem.

O campo da engenharia óptica está mudando constantemente. As tecnologias disponíveis e as descobertas científicas relativas aos princípios da luz avançam o tempo todo.

Os engenheiros mantêm-se atualizados sobre as mais recentes inovações lendo revistas científicas e participando de seminários regularmente.

Um mestrado é normalmente o requisito mínimo para se tornar um engenheiro óptico em uma fábrica ou laboratório de pesquisa e desenvolvimento. Um programa avançado de graduação em física, engenharia mecânica ou engenharia elétrica pode preparar uma pessoa para uma carreira no campo. Para manter uma posição de supervisão ou conduzir pesquisas individuais, pode ser necessário um doutorado em óptica e vários anos de treinamento em pesquisa de pós-doutorado. Profissionais que adquirem experiência prática podem obter certificação ou licenciamento realizando exames escritos oficiais.

Com o treinamento e as credenciais adequados, as oportunidades de avanço geralmente são amplas.

História

O estudo das propriedades da luz começou nos anos 1600, quando Galileu construiu telescópios para observar os planetas e as estrelas.

Cientistas, como Sir Isaac Newton, conduziram experimentos e estudos que contribuíram para o entendimento da luz e como ela funciona.

Entre as muitas experiências de Newton, estava seu trabalho com prismas que separavam a luz solar em um espectro de cores. Christiaan Huygens, físico holandês, também conduziu estudos importantes para desenvolver uma teoria que dizia respeito às propriedades das ondas da luz.

Durante o século XIX, outros físicos e cientistas realizaram pesquisas que confirmaram a teoria de Huygens e avançaram ainda mais o estudo da luz. Em meados do século XIX, os cientistas conseguiram medir a velocidade da luz e desenvolveram meios para mostrar como as bandas de cores do espectro da luz eram criadas por átomos de elementos químicos.

Em 1864, um físico britânico, James C. Maxwell, propôs a teoria eletromagnética da luz.

Duas das descobertas mais importantes do século XX foram o desenvolvimento de lasers e fibras ópticas.

O primeiro laser foi construído por um físico americano, Theodore H. Maiman, em 1960. Em 1966, descobriu-se que a luz podia viajar através de fibras de vidro, o que levou ao desenvolvimento da tecnologia de fibra óptica.

A óptica, o ramo da ciência que estuda a manipulação da luz, é um campo crescente.

Atualmente, os engenheiros trabalham em aplicativos que incluem processamento de imagem, processamento de informações, comunicações sem fio, tecnologia eletrônica (incluindo leitores de CD, televisões de alta definição e impressoras a laser), observação astronômica, pesquisa atômica, robótica, vigilância militar, monitoramento da qualidade da água, monitoramento submarino e procedimentos e instrumentos médicos e científicos.

Fonte: career.iresearchnet.com/careers.stateuniversity.com/www.optics.arizona.edu/www.ziprecruiter.com/www.wisegeek.org/www.solidsmack.com/www.osapublishing.org/www1.cfnc.org