Os lasers são usados em uma grande variedade de produtos e tecnologias, e a variedade é incrível.Parece que tudo tem um laser na sua sombra.Mas o que é exatamente um laser? Qual é a diferença entre um feixe de laser e um feixe de lanterna?
Centro de Pesquisa Langley da NASA
O dispositivo de ensaio de limiar de danos ópticos tem três lasers: neodímio-ítrio de alumínio pulsado de alta energia
Laser de granate, laser de titânio-safir e laser de ressonância He-ne.
Centro de Pesquisa Langley da NASA
O dispositivo de ensaio de limiar de danos ópticos tem três lasers: neodímio-ítrio de alumínio pulsado de alta energia
Laser de granate, laser de titânio-safir e laser de ressonância He-ne.
Existem apenas cerca de 100 átomos diferentes em todo o universo. Tudo o que vemos é feito de mais de 100 átomos combinados de um número infinito de maneiras.A forma como estes átomos estão dispostos entre si determina se o objeto formado é um copo de água, um pedaço de metal, ou a espuma numa garrafa de refrigerante!
Os átomos estão em movimento perpétuo. Eles vibram, se movem e giram constantemente, e até mesmo os átomos que compõem nossos assentos estão em constante movimento. Os sólidos estão realmente em movimento!Os átomos têm vários estados de excitação diferentesSe energia suficiente for dada a um átomo, ele pode subir do nível de energia do estado fundamental para o nível de energia do estado excitado.O nível de energia do estado excitado depende da quantidade de energia dada ao átomo na forma de calor, luz, electricidade, etc.
O seguinte diagrama ilustra bem a estrutura dos átomos:
O modelo atômico mais simples
É constituído por um núcleo atómico e por elétrons que orbitam à sua volta.
É constituído por um núcleo atómico e por elétrons que orbitam à sua volta.
Um átomo simples consiste de um núcleo (contendo prótons e nêutrons) e uma nuvem de elétrons.Podemos pensar em elétrons em uma nuvem de elétrons como viajando em um número de órbitas diferentes em torno do núcleo.
Mesmo se olharmos para os átomos com a tecnologia moderna, não podemos ver os orbitais discretos dos elétrons, mas ajuda a pensar nestes orbitais como os diferentes níveis de energia dos átomos.Se aquecermos um átomo, alguns elétrons em orbitais de baixa energia podem ser excitados para saltar em orbitais de alta energia mais longe do núcleo.
Absorção de energia:
Os átomos podem absorver energia na forma de calor, luz, eletricidade, etc. O elétron pode então saltar de um orbital de baixa energia para um orbital de alta energia.
Embora esta descrição seja simples, ela revela o princípio básico de como os átomos formam lasers.
Após a transição do elétron para uma órbita de energia mais alta, ele eventualmente retornará ao estado fundamental.Você verá que os átomos estão constantemente liberando energia na forma de fótonsPor exemplo, o elemento de aquecimento num forno torna-se vermelho brilhante, onde a cor vermelha é o fóton vermelho liberado pelos átomos excitados pelo calor.O que você vê é uma variedade de cores diferentes de luz emitida por átomos de fósforo excitados por elétrons de alta velocidadeQualquer objeto luminoso, incluindo lâmpadas fluorescentes, lâmpadas a gás e lâmpadas incandescentes, emite luz alterando as órbitas dos elétrons e liberando fótons.
Um laser é um dispositivo que controla a liberação de fótons de átomos excitados..Este nome descreve brevemente como funciona o laser.
Embora existam muitos tipos de lasers, todos eles têm algumas características básicas.um flash ou descarga de alta intensidade pode bombear o meio, que por sua vez produz um grande número de átomos (átomos contendo elétrons de alta energia) em um estado excitado.Deve ter um grande número de átomos num estado excitadoEm geral, os átomos devem ser excitados para subir para dois ou três níveis de energia acima do estado fundamental.A inversão da população é a proporção de números entre átomos no estado excitado e átomos no estado fundamental.
Quando o meio laser é bombeado, ele inclui um número de átomos com elétrons excitados.Assim como um elétron pode absorver uma certa quantidade de energia para alcançar um estado excitadoComo mostrado na figura abaixo, enquanto o elétron salta para o nível mais baixo, ele libertará parte de sua energia.A energia liberada é convertida na forma de fótons (energia luminosa)O fóton emitido tem um comprimento de onda específico (cor), dependendo do estado energético do elétron no momento da sua liberação.Dois átomos com o mesmo estado eletrônico emitem fótons do mesmo comprimento de onda.
A luz laser é muito diferente da luz comum.
O laser emitido é monocromático. Um laser contém luz de um comprimento de onda específico (ou seja, uma cor específica).O comprimento de onda da luz é determinado pela energia liberada pelos elétrons ao retornarem a uma órbita de energia mais baixa.
O laser emitido tem uma boa coerência. A estrutura do laser é melhor, e cada fóton segue o outro fóton. Ou seja, a frente de onda de todos os fótons é exatamente a mesma.
O laser tem uma boa directividade. Os feixes de laser são compactos, focados e extremamente energéticos. Pelo contrário, a luz emitida pela lanterna é espalhada em várias direções.e a energia da luz é fraca e a concentração é baixa.
Para alcançar estas três propriedades, é necessário um processo chamado emissão estimulada. Este fenômeno não pode ser visto em uma lanterna normal porque seus átomos emitem fótons aleatoriamente.Em emissão estimulada, os átomos emitem fótons de forma organizada.
O fóton emitido pelo átomo tem um comprimento de onda específico, que depende da diferença de energia entre o estado excitado e o estado fundamental.Se um fóton (com uma certa energia e fase) toca outro átomo que tem um elétron no mesmo estado excitadoO primeiro fóton pode excitar ou orientar o átomo a emitir um fóton, e o fóton emitido (ou seja,o fóton emitido pelo segundo átomo) oscila na mesma frequência e direção que o fóton que entra.
Outro componente fundamental do laser é um par de espelhos, localizados em cada extremidade do meio laser.Os fótons de um comprimento de onda e fase específicos viajam para frente e para trás entre o meio laser através da reflexão dos reflectores em ambas as extremidadesAo fazê-lo, eles vão excitar mais elétrons para saltar de órbitas de alta energia para órbitas de baixa energia, que irão emitir mais fótons do mesmo comprimento de onda e fase,O que, posteriormente, produzirá uma queda de água., um grande número de fótons do mesmo comprimento de onda e fase são rapidamente reunidos no laser.Ele só reflete parte da luz.A luz que passa é um laser.
O laser de rubis consiste de um tubo de flash semelhante a um flash de câmera, uma haste de rubis e dois espelhos (um dos quais é um espelho semi-refletor).e o tubo flash é a fonte de bombeamento.