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- O termo "laser" redireciona para este artigo. Para a embarcação do mesmo nome, ver Laser (vela).
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).
Índice |
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 nitrogenio e alguns lasers de corante que nao 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 reabilitação fisica 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 diodos laser, 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 rapido 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
- Gás Hélio-Neônio (dezenas de "mW")
- Dióxido de carbono (centenas de "kW" em feixe contínuo)
- Coerência
- Feixe coerente / Estão em fase.
- Devem ter o mesmo sinal.
- A coerência é necessária para algumas aplicações.
- Eficiência
- De 20% a 0,001%.
- A eficiência é importante para sistemas com grande potência.
- Intensidade de Potência
- Da ordem de 10^16 W/cm² (baixa divergência).
Ver também
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