Um LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), Traduzindo um Amplificador da Luz por Emissão Estimulada de Radiação, é um dispositivo que produz radiação eletromagnética com características muito especiais.
A curiosidade de como aquela Luz é produzida e consegue ter tantas aplicações práticas fez que que diversas pessoas buscasse entender e aperfeiçoar conhecimentos científicos, em especial da Física Quântica, ao longo de décadas.
Tendo diferentes aplicações, podemos perceber que aquelas Luzes que saem dos Lasers (o que corta metal, o que faz cirurgia na retina e aparece como ponto em telas de apresentações) devem ter alguma característica diferente apesar de parecerem ser a mesma coisa.
E de fato são diferentes. Temos diversos tipos de Lasers.
MATERIAIS E TIPOS DE LASER
Os Lasers vêm em muitos tamanhos e formas.
A maioria deles são pequenos chips semicondutores que nunca vemos porque eles estão escondidos dentro de equipamentos eletrônicos como CD players, Unidades de CD-ROM e DVD ou Blu-Ray players.
Outros são tubos preenchido com gás que emitem luz laser.
Algumas são caixas do tamanho de uma geladeira que emitem feixes poderosos para cortar ou fazer furos em metal ou plástico
Rubi é um exemplo importante de um Laser de Estado Sólido.
· Nesses Lasers, a luz de uma fonte externa, como uma lâmpada de flash, excita átomos distribuídos dentro de um sólido.
Uma segunda classe são os Lasers a Gás
· Um vapor emissor de luz é confinado dentro de um tubo oco com espelhos nas extremidades. Aí, passando uma descarga elétrica através do gás se excita os átomos do gás.
Uma terceira classe ampla são os Lasers Semicondutores,
· No mundo Laser são considerados distintos dos Lasers de Estado Sólido, neles a corrente flui através de um chip semicondutor de uma maneira que gera luz em uma junção entre duas zonas de diferentes composições.
MAS O QUE ELES TÊM EM COMUM?
O que torna o Laser especial é o processo de amplificação de emissões estimuladas da radiação.
Você já viu que a palavra "Laser" é uma abreviação para a frase "amplificação de luz pela emissão estimulada de radiação".
Cada parte dessa frase tem um significado especial, então nós iremos olhar isso pedaço por pedaço, começando do final.
· Radiação - significa radiação eletromagnética, uma forma sem massa de energia que viaja à velocidade da luz
· Emissão Estimulada - átomos e moléculas podem ser estimulados a emitir energia sob a forma de luz
· Luz - descreve o tipo de radiação eletromagnética produzida,
· Amplificação - significa aumentar a quantidade de luz.
Ou seja, o objetivo é aumentar a quantidade de luz através de emissão estimulada, independentemente do tipo de material utilizado. Dessa forma, chamaremos esse material a ser estimulado de 1. Meio Ativo; para fazer com que o átomos e moléculas sejam estimulados precisaremos de 2. Uma Bomba de Energia; E por fim precisamos de um local onde as propriedades de amplificação possa ocorrer (garantindo as características da Luz Laser) que chamamos de 3. Um Ressonador Óptico.
Podemos assim dizer que, um laser consiste basicamente de três componentes
COMPONENTES
1. Um Meio Ativo – Pode ser um Gás, um semicondutor ou material de estado sólido.
2. Uma Bomba de Energia – Uma lâmpada de flash, descarga de gás, corrente elétrica ou outro laser
3. Um Ressonador Óptico – Também chamado de Cavidade Ressonante, é um espaço confinado que reflete a emissão induzida de volta para o meio ativo e permite que muitos caminhos para frente e para trás através do meio, realizando assim um longo caminho de amplificação.
A representação abaixo mostra o meio ativo entre os espelhos (um com reflexão total e outro com reflexão parcial), recebendo energia e gerando o feixe de luz Laser.
O PASSO A PASSO DO LASER
Uma revisão na prática
A figura abaixo esquematiza o princípio de funcionamento de um laser
FONTE: Adaptado de Barthem (2005)
· Ele é constituído por uma cavidade ressonante construído por dois espelhos planos E1 e E2, paralelos (o espelho E2 deve produzir um efeito de interferência construtiva na reflexão, o qual deve chegar próximo de 100% .... O espelho E1 deve ter uma reflexão menor para permitir a saída da luz do laser)
· Entre os dois espelhos existe um meio ativo [na Figura está representada por um losango T], neste tubo T existem moléculas que são os sistemas de elétrons, que neste exemplo interagem com a radiação luminosa. Estas moléculas podem estar na forma de um gás, de um líquido ou mesmo fixas em um sólido.
· O fornecimento de energia ao meio ativo pode ser realizado de diversas formas
· Em lasers de diodo isso é feito através da passagem de uma corrente elétrica através de uma junção semi-condutora
· Em outros, como o laser hélio-neônio, a energia é inserida como em uma lâmpada fluorescente comum, isto é, através de uma descarga elétrica no gás.
· Neste exemplo, a energia é entregue às moléculas do meio ativo através do bombeamento óptico promovido pela luz de energia E=hv' de duas lâmpadas L que se encontram próximas ao tubo T.
[1] – Representa a absorção de um fóton hv’ por uma molécula do meio ativo
[2] – Vemos uma molécula excitada que decai emitindo um fóton de energia hν (perda, pois é direcionado para fora da cavidade)
[3] – Fóton hν é emitido na direção do eixo da cavidade (ganho para o processo)
[4] – o Fóton de [3] passa por molécula excitada, induz seu decaimento, e passa a ser dois fótons oscilando na mesma fase
[5] – Repete-se o procedimento de [4]
Após a reflexão sobre o espelho E2, o feixe retorna para o interior da cavidade, induzindo novas emissões, o que faz com que a luz seja amplificada pela estimulação da emissão de radiação.
[6] – Ao atingir o Espelho E1, parte da radiação retorna para a cavidade (realimentando o processo) e parte escapa, dando origem ao feixe de luz emitido pelo laser.
Veja que fantástico
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