QUEM INVENTOU O 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 comprimento de onda muito bem definido), coerente (todas as ondas dos fótons que compõe o feixe estão em fase) e colimada (propaga-se como um feixe de ondas praticamente paralelas).
HISTÓRICO
Em 1905, Albert Einstein, com o auxílio do trabalho de Max Planck, postulou que a luz é formada por pacotes discretos e bem determinados de energia (quantas), mais tarde chamados de fótons. Em 1913 o dinamarquês Niels Bohr apresentou seu modelo de átomo, onde os elétrons orbitam o núcleo em níveis bem determinados, sendo que só podem "saltar" de um nível para outro se receberem ou emitirem fótons com a quantidade de energia (que pode ser expressa pelo seu comprimento de onda) exata exigida para o salto completo. Em 1925, Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg modificaram a forma de se interpretar o modelo de átomo de Bohr postulando que os elétrons são particulas que apresentam propriedades de ondas, cujo comportamento pode ser totalmente explicado pelas funções de onda desenvolvidas por Schrödinger, que preveem, inclusive, os diferentes níveis que o elétron pode assumir no átomo e as exatas energias associadas. Isso significa que cada tipo determinado de átomo pode ser excitado (ter a energia de seu último elétron aumentada, com um consequente salto desse elétron para determinado nível superior) sempre em quantidades bem definidas, através da absorção de um tipo determinado de fóton, de comprimento de onda específico. Em 1953, Charles Hard Townes, James P. Gordon e Herbert J. Zeiger produziam o primeiro maser (microwave amplification through stimulated emission of radiation), um dispositivo similar ao laser que 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, ganhadores do Prêmio Nobel em 1964, trabalharam de forma independente em um oscilador quantum e resolveram o problema da emissão continua utilizando duas fontes de energia com níveis diferentes. Mais tarde o maser foi adaptado para emitir luz visível, então batizado de laser.
FUNCIONAMENTO
O efeito físico por trás do funcionamento do laser é que os átomos de determinados materiais, quando em estado instável de alta energia, se corretamente estimulados decaem sua energia emitindo fótons coerentes com o estímulo original, cujas ondas estão em sincronia (em fase) entre si. 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 (emissão estimulada). O fóton reemitido tem o mesmo comprimento de onda 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, estimulam-se alguns átomos a emitirem seus fótons, o que vai iniciar um efeito em cascata de modo que o fóton emitido por um átomo estimula o átomo seguinte a emitir outro fóton de igual comprimento de onda e fase, o que vai amplificando a emissão de feixes de luz de comprimento de onda definido e coerente.
Para que tudo isso funcione, entretanto, é necessária uma realimentação, ou seja, por certo tempo manter fótons emitidos estimuladamente interagindo com outros 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 que vão refletindo várias vezes os fótons. Num dos espelhos existe um pequeno orifício por onde alguns fótons depois de muitas vezes refletidos conseguem sair emitindo o feixe colimado de luz. 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
Laser de estado sólido
DPSS
Dye Laser (Laser de corante)
UTILIZAÇÕES DO LASER
Experimento com Laser (Forças Armadas dos Estados Unidos).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), no campo bélico (miras lasers) 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.
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