5 de março de 2010 16:19 

Raio Laser

Laser (cuja sigla em inglês significa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ou seja, Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação) é um dispositivo que produz radiação eletromagnética com características muito especiais: ela é monocromática (possui freqüência muito bem definida) e coerente (possui relações de fase bem definidas), além de ser colimada (propaga-se como um feixe).

　

Histórico

Em 1916, Albert Einstein lançou os fundamentos da invenção do laser, a partir da lei de Max Planck. A teoria ficou esquecida até o final da Segunda Guerra Mundial.

Em 1953, Charles Hard Townes, James P. Gordon e Herbert J. Zeiger produziam o primeiro maser, um dispositivo similar ao laser, mas produz microondas em vez de luz visível. O maser de Townes não tinha capacidade de emitir as ondas de forma continua. Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov, da União Soviética, trabalharam de forma independente em um oscilador quantum e resolveram o problema da emissão continua utilizando duas fontes de energia com níveis diferentes.

Quando esta radiação tem frequência visível, chama-se laser. O efeito físico por trás de seu funcionamento é a emissão estimulada, descoberta pelo físico Albert Einstein, como condição necessária ao equilíbrio térmico da radiação com a matéria. Einstein descobriu, através de considerações teóricas, que não apenas um átomo absorve um fóton (a partícula de luz) incidente e o reemite ao acaso após certo tempo (emissão espontânea), mas que também este mesmo átomo deve reemitir seu fóton absorvido se um segundo fóton interage com ele. O fóton reemitido tem a mesma frequência do fóton que o estimulou e, igualmente importante, tem a mesma fase.

Um laser funciona desde que se consiga excitar um número mínimo de átomos de determinado material para um nível de energia superior, de modo a se obter uma inversão de população (quando existem mais átomos excitados do que átomos no estado fundamental). Quando isso ocorre, a emissão espontânea de fótons, que acontece naturalmente a todo tempo, é amplificada pelos átomos vizinhos, que vão emitir fótons estimulados pelos primeiros.

Estes fótons, por sua vez, estimulam a emissão de outros, num efeito cascata. Para que tudo isso funcione, entretanto, é necessária uma realimentação, ou seja, sempre manter fótons emitidos estimuladamente interagindo com os átomos. Isso é obtido com uma cavidade óptica, uma região do espaço em que se confina luz por algum tempo com o uso de espelhos altamente refletores e convenientemente alinhados.Há também os lasers super radiantes,como o laser de nitrogênio e alguns lasers de corante que não precisam de espelhos para funcionar. Entretanto, para se compreender perfeitamente um laser, faz-se necessário o uso da mecânica quântica.

　

Tipos de laser

Lasers de gás

Lasers químicos

Excimer lasers

Lasers de estado sólido

Fiber

　

Utilizações do laser

Por suas propriedades especiais, o laser é hoje utilizado nas mais diversas aplicações: médicas (cirurgias), na Fisioterapia como anti-inflamatório, regenerador e analgésico, industriais (cortar metais, medir distâncias), pesquisa científica (pinças ópticas, hidráulica, física atômica, óptica quântica, resfriamento de nuvens atômicas, informação quântica), comerciais (comunicação por fibras ópticas, leitores de códigos de barras), e mesmo todos os dias em nossas casas (aparelhos leitores de CD e DVD, laser pointer usado em apresentações com projetores).

É produzido por materiais como o cristal de rubi dopado com safira, mistura de gases no caso do hélio e neônio, dispositivos de estado sólido como Laser Díodo, moléculas orgânicas como os lasers de corante.

No uso industrial, o laser de CO2 (dióxido de carbono) vem cada dia mais sendo utilizado, sendo hoje essencial. Muito competitivo por ser um processo rápido para o corte e solda de diversos materiais com muita agilidade devido às maquinas que utilizam o laser serem CNC.

　

Propriedades do laser

* Comprimento de Onda

Depende do material que emite luz, do sistema óptico e da forma de energizá-lo. A luz emitida pelo laser é sempre monocromática.

Exemplos: Fluoreto de argônio (UV) 193 nm; Fluoreto de criptônio (UV) 248 nm; Cloreto de xenônio (UV) 308 nm; Nitrogênio (UV) 337 nm; Argônio (azul) 488 nm; Argônio (verde) 514 nm; Hélio-neônio (verde) 543 nm; Hélio-neônio (vermelho) 633 nm; Corante Rodamina 6G (ajustável) 570-650 nm; Rubi (CrAlO3) (vermelho) 694 nm; Nd:Yag (NIR) 1.064 nm; Dióxido de carbono (FIR) 10.600 nm.

 

* Potência de Saída

o Gás Hélio-Neônio (dezenas de "mW")

o Dióxido de carbono (centenas de "kW" em feixe contínuo)

 

* Coerência

o Feixe coerente / Estão em fase.

o Devem ter o mesmo sinal.

o A coerência é necessária para algumas aplicações.

 

* Eficiência

o De 20% a 0,001%.

o A eficiência é importante para sistemas com grande potência.

* Intensidade de Potência

o Da ordem de 10^16 W/cm² (baixa divergência).

  

  

  

  

  

  

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