>> 6) Luz Coerente

Luz Coerente. O que é Coerência?

Quando se diz que a luz é coerente, o que estamos tentando dizer?

Luz Incoerente x Luz Coerente

Para compreender o funcionamento de um laser se faz necessário discutir o conceito de luz coerente e seus modelos representacionais.

Podemos dizer que Luz coerente é aquela formada por ondas de mesma frequência e direção que mantêm uma relação de fase constante entre si. Mas, o que isso quer dizer?

Tomando uma lâmpada incandescente, uma lâmpada comum que transforma energia elétrica em energia luminosa. Ela irradia luz branca em todas as direções, formada por fótons com frequência e fases diferentes, sendo considerada uma luz incoerente.

Um feixe de luz incoerente se espalha após ter percorrido uma curta distância, tonando-se cada vez mais largo e cada vez menos intenso com o aumento da distância percorrida.  É neste ponto que a luz coerente tem grande relevância, sendo o Laser uma luz coerente, ele se propaga sofrendo muito pouco alargamento e enfraquecimento.

Dessa forma, podemos afirmar que um feixe de fótons que tenham a mesma frequência, mesma fase e a mesma direção de propagação – ou seja, um feixe de fótons que são cópias idênticas uns dos outros – é dito coerente.

Podemos perceber na figura que :

ü    Os picos e vales de ondas de luz coerentes estão alinhados um com o outro.

ü    Os picos e vales de ondas de luz incoerentes não se alinham.

ü    A emissão estimulada está em fase com a luz que a estimula, portanto, a luz do laser é coerente. O sol, as lâmpadas, as chamas e outras fontes geradoras de emissões espontâneas são incoerentes.

No Laser, a radiação é produzida por amplificação estimulada da luz.

Ela resulta das emissões de átomos e moléculas estimuladas por um campo eletromagnético. Neste processo, as fases dos campos dos fótons emitidos estão correlacionadas e, em consequência, a radiação é coerente.

A Eureka do Laser

A sacada, por trás da invenção do Laser foi a compreensão de que: Se conseguirmos obter um meio no qual a maior parte dos átomos estão no estado excitado, emissões espontâneas e estimuladas poderiam ser usadas para criar um feixe de luz poderoso, no qual todos os fótons têm praticamente a mesma frequência e oscilam em fase uns com os outros, o que os físicos chamam de um feixe de luz monocromático e coerente.

São essas características do Laser:

·                 a monocromaticidade, o que quer dizer que ele tem uma única cor,

·                 e a coerências, o que quer dizer que todos os fótons estão sincronizados, como um exército marchando em perfeita harmonia,

Que permitem fazer tantas coisas com Laser.

Dois tipos de Coerência (Coerência Espacial e Coerência Temporal)

Como já dissemos, a característica principal do Laser é que gera uma luz coerente.

Não só uma luz coerente no espaço, mas também coerente no tempo.

(i) Coerência temporal é a medida da correlação da fase da onda luminosa em diferentes pontos ao longo da direção de propagação – ela nos diz quão monocromática é a fonte;

(ii) Coerência espacial é a medida da correlação da fase da onda luminosa em diferentes pontos na direção transversal a direção de propagação – ela nos diz quão uniforme é a fase da frente de onda.

Estritamente falando, a coerência espacial é independente da coerência temporal.

Coerência temporal

A coerência temporal mede por quanto tempo as ondas de luz permanecem em fase.

O termo temporal é usado porque a coerência é comparada em momentos diferentes, mas a coerência temporal também mede a distância que a luz viaja durante um período de tempo. Ou seja, está relacionada com a correlação da fase da onda em um determinado ponto alcançado pela mesma em dois instantes de tempo diferentes.

O elevado índice de coerência temporal dos geradores laser é explorado em diversas aplicações como medidas de distâncias, velocidades, vibrações, etc. Sendo o comprimento de coerência importante para aplicações como a holografia.

O comprimento de coerência pode ser calculado a partir do comprimento de onda nominal da luz λ e da faixa de comprimentos de onda Δλ que ele contém.

Equivalente, pode ser calculado a partir da velocidade da luz no vácuo c e a largura de banda da fonte de luz nas unidades de frequência, Δν:

comprimento de coerência

O conceito de comprimento de coerência é importante em dispositivos de interferência de divisão de amplitude, como o Interferômetro de Michelson.

VEJA O LINK

Coerência espacial

Um experimento fundamental para demonstrar a natureza ondulatória da luz foi realizado em 1801 por Thomas Young que contribuiu diretamente para compreendermos o que chamamos de Coerência Espacial, pois é essencial para observar os efeitos de interferência entre diferentes trajetos da luz.

 VEJA O LINK 

A Coerência espacial, busca medir a área sobre a qual a luz é coerente, a partir do ângulo de Coerência. 

Irá influir na divergência do feixe de Laser e, portanto, estará relacionado com a direcionalidade; afetando também o tamanho do ponto de focalização produzido ao atravessar o feixe Laser uma lente.