>> 5) Emissão Estimulada de Radiação

No interior da luz.

É possível ver a luz por dentro?

Primeiramente, o que é Radiação?

Quando falamos Radiação, estamos nos referindo à Radiação Eletromagnética, uma forma sem massa de energia que viaja à velocidade da luz. Assim, ao comentarmos sobre as ondas de rádio e raios-X estamos nos referindo ao espectro de frequências de radiação eletromagnética.

Este espectro se estende desde valores muito baixos na faixa de ondas de rádio e micro-ondas para a luz visível, além dos valores substancialmente mais altos de luz ultravioleta, raios-X e raios gama.

Figura 5.2 - Representação do Espectro Eletromagnético Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_eletromagn%C3%A9tico#/media/File:Espectro_EM_pt.svg

Uma forma de radiação que nos interessa muito é a luz visível. Pois, é através dea que enxergamos as coisas no mundo.

Além disso, do ponto de vista da Física Quântica a luz e outras formas de radiação eletromagnética se comportam como ondas e partículas (chamadas de fótons).

A busca pelo comportamento e pela natureza da radiação, em especial da luz visível, promoveu o caminho que tornou possível desenvolver o LASER. 

Mas, como a luz é emitida?

Normalmente átomos ou moléculas emitem espontaneamente energia sob a forma de luz ou outros tipos de radiação eletromagnética. O sol, as chamas e as lâmpadas fluorescentes liberam energia emitindo luz espontaneamente.

No entanto, em certos casos, átomos e moléculas podem ser estimuladas a emitir essa energia extra como luz.

Logo, compreender a emissão espontânea e principalmente a estimulada de radiação é saber como os átomos e moléculas liberam energia. Isso nos garantirá que a luz do Laser é produzida a partir do estudo profundo da radiação e principalmente dos átomos e a busca pela manipulação da natureza. 

Como o átomo emite energia?

Ao discutir o modelo atômico de Niels Bohr, compreende-se que os átomos podem sofrer transições entre diferentes estados com energias E_i e E_k .

Em 1913, Niels Bohr, sintetizou três postulados muito importantes para a compreensão que temos hoje a respeito da estrutura atômica.

Absorção e emissão de energia para o átomo.

FONTE: Adaptado de infoescola.com

I.                 Enquanto o elétron está numa determinada orbita, sua energia é constante.

II.                 Se o elétron receber energia suficiente, ele saltará a uma orbita com energia superior.

III.                 Ao retornar a sua orbita de origem, o elétron emite, na forma de ondas eletromagnéticas, a mesma quantidade de energia absorvida.

Ao discutir isso, Albert Einstein considerou um conjunto de moléculas em equilíbrio térmico, e transições envolvendo dois estados moleculares com energias distintas sendo igual a 

E_i – E_k = hν  

(Sendo: E_i é a energia em uma orbita superior a E_k, h é um número constante chamado de constante de Planck e ν é a frequência)

1) Se um átomo no Estado | k 〉 com energia E_k é trazido para um campo de radiação eletromagnética pode absorver um fóton hν, que traz o átomo em um estado com maior energia

E_i = E_k + hν

2) Um átomo excitado também pode fornecer sua energia de excitação espontaneamente, sem um campo de radiação externo. Este processo é chamado de emissão espontânea.

Os átomos atingem o primeiro nível excitado (n = k). Algum tempo depois, o átomo retorna ao estado fundamental (n = i) e emite um fóton com a mesma frequência do fóton original.

 Diferentemente da emissão induzida, o fóton espontâneo pode ser emitido em uma direção arbitrária, ou seja, em qualquer um dos modos do campo de radiação.

3) O campo de radiação também pode induzir átomos em um estado excitado com energia E_i para emitir um fóton com energia hν = E_i − E_k em um modo específico do campo de radiação e entrar no estado inferior E_k. Este processo é chamado de emissão induzida (ou estimulada).

Na emissão estimulada, o átomo já se encontra em um estado excitado. Um fóton interage com o átomo que volta ao estado fundamental emitindo dois fótons. O fóton incidente estimula o decaimento do átomo excitado.

 Os fótons emitidos têm a mesma energia, mesma direção, mesma fase e mesma polarização. 

VEJA O LINK COM O VÍDEO QUE MOSTRA O PROCESSO DE EMISSÃO ESTIMULADA DE RADIAÇÃO E O PROCESSO DE FUNCIONAMENTO DO LASER