O laser se tornou banal. Está em caixas de supermercado, aparelhos de tocar CDs, DVDs e nos apontadores vendidos por camelôs. Sua presença é tão ampla hoje em dia que quase ofusca a aura de tecnologia fantástica, saída diretamente de uma tirinha de Flash Gordon, que ele
tinha quando foi inventado, em 1960. O feixe cinquentão, entretanto, mantém-se em boa forma. Seja como peão da ciência aplicada, em busca de novas tecnologias, seja como protagonista da ciência básica, ele ainda não atingiu seu limite.
Grosso modo, laser é luz destilada. Ao contrário das fontes emissoras de luz naturais e outras artificiais, onde cada átomo é, prestes a emitirem radiação a qualquer momento – poderia estimulá-los a emitir luz idêntica e em sincronia.
Entre 1952 e 1953, pesquisadores na União Soviética e nos EUA inventaram
independentemente o maser, da sigla em inglês para “amplificação de micro-ondas
por emissão estimulada de radiação”. O inventor norte-americano do dispositivo,
o físico Charles Townes, e seus colegas propuseram em um artigo científico publicado
em 1958 um instrumento semelhante, mas que emitiria radiação luminosa.
Chamaram-no laser (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação).
O paper deu início a uma corrida entre os grandes laboratórios norte-americanos para criar o primeiro laser. Venceu uma “zebra”, o engenheiro Theodore Maiman
(1927-2007), do Hughes Research Lab, com uma técnica totalmente diferente
da proposta por Townes. Em 16 de maio de 1960, Maiman obteve um feixe invisível a olho nu, mas detectável com um espectroscópio. Exatos dois meses depois, seu feixe já era visível, produzindo o característico pontinho de luz vermelha na parede do laboratório.
Raio da morte
“Homem de Los Angeles descobre raio da morte da ficção científica”, foi a manchete
de um jornal da época. Em clima de Guerra Fria, o público e os militares esperavam que a tecnologia virasse arma.
Ainda hoje, porém, feixes laser mortais à la Guerra nas Estrelas têm alcance curto e
não cabem dentro de um tanque.
Já a primeira reação da indústria e da comunidade acadêmica ao invento foi
perguntar, “ok, mas para que isso serve?”.
Nas palavras de Townes, o laser era visto como “uma solução em busca de um
problema”. À medida que outros cristais e gases foram sendo testados como meios
emissores de radiação estimulada, porém, surgiram laseres de diversas cores (diferentes comprimentos de onda), e os problemas que eles podiam resolver ficaram claros.
“Cada laser de certo comprimento de onda encontra uma aplicação específica dentro da ciência e da tecnologia”, explica o físico Vanderlei Bagnato, da USP de São
Carlos. “Estamos longe de ter explorado
tudo que é possível em termos de meios emissores de laser.”
Em busca de novos materiais emissores de laser, os pesquisadores usam o próprio
laser. Sidney Ribeiro, do Instituto de Química
da Unesp de Araraquara, por exemplo, usa uma técnica conhecida como espectroscopia
Raman. “Usamos o laser para observar suas propriedades óticas”, explica.
O tamanho dos aparelhos emissores tem diminuído. Foi graças aos compactos
emissores de diodos semicondutores, por exemplo, que o uso do laser para armazenar
informação se popularizou com os leitores de códigos de barra, os CDs, DVDs
e, mais recentemente, blue-rays – e a expectativa
é que não pare por aí.
Outros laseres importantes no cotidiano são os pulsos que passam dentro de cabos
de fibra ótica ao redor do mundo, transmitindo zeros e uns entre computadores
e telefones conectados à Internet.
Na medicina, o laser foi usado já em 1961 para destruir o tumor na retina de
um paciente. De lá para cá, foi útil em diversos tipos de cirurgias como um bisturi
melhorado, que corta e ao mesmo tempo cauteriza tecidos. Pesquisadores têm testado
tratamentos em que uma substância deixa as células cancerígenas mais sensíveis à
luz do que as saudáveis, prontas para serem destruídas por um laser.
Servindo ainda de régua e relógio de alta precisão, equipamentos baseados na emissão e reflexão de feixes laser revolucionaram a cartografia, a metrologia e as ciências atmosféricas. Ele é usado na calibração de telescópios, e o sequenciamento do DNA de genomas inteiros só é viável graças à automatização via laser.
Na nanotecnologia e na física quântica, então, o laser é obrigatório. “É o grande herói
de nossos desenvolvimentos recentes na manipulação de átomos e moléculas”, explica
Bagnato. Combinações de feixes laser podem funcionar como uma espécie de pinça para
apanhar átomos e resfriá-los até perto do zero absoluto de temperatura. Pulsos ultrarrápidos
de laser são capazes de registrar algo como filmes em câmera lenta do movimento
de elétrons em reações químicas.
Além disso, muitos físicos apostam nos laseres mais potentes já construídos para
reproduzir as condições do interior do Sol, gerando energia limpa por fusão nuclear.
O laser é o grande herói dos desenvolvimentos recentes na manipulação de átomos e moléculas
do material emite radiação luminosa em tempo, frequência e direção diferente,
os átomos de um gerador de raios laser emitem radiação em sincronia, na mesma
direção. Essa coerência luminosa permite, por exemplo, que um feixe de laser concentre
a potência de uma lâmpada caseira em um único ponto e abra um buraco em
uma placa de metal.
Para orquestrar essa emissão luminosa em uníssono pelos átomos é preciso
estimulá-los com um “regente” de luz. O físico Albert Einstein (1879-1955) percebeu,
em 1916, que, nas circunstâncias corretas, lançar um pouco de luz sobre uma porção de átomos “excitados”
Revista ciência Univ. São Paulo
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O Raio Laser
(Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)
Em 1917 , Albert Einstein falou na teoria que vinha tornar os laser uma realidade - Emissão Estimulada Em 1954, Charles_Townes e Arthur_Schawlow inventaram o por Emissão de Radiação Estimulada)")' onmouseout=UnTip()>(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), uma tecnologia muito parecida ao do laser óptico mas não usa luz visivel. A luz visivel emite ondas de variados comprimentos de onda, resultando num espalhamento dos mesmos de forma muito rápida e numa perca de energia por interferência destrutiva. O maser é capaz de de produzir ondas de comprimento de onda único.
As primeiras experiências foram realizadas com gás amoníaco cujas moléculas chegavam a vibrar 24 bilhões de vezes por segundo, o que tornava suscetíveis de converter-se em ondas de 2 mm em meio de comprimento . Dirigindo sobre as moléculas o adequado estímulo eletromagnético foi observado que este estimulo originava uma avalanche de electrões que ampliavam consideravelmente o original. Foram ainda realizadas outras experiências com rubi sintético (laser de rubi, considerado como o primeiro laser óptico bem sucedido, que emitia curtos impulsos de laser óptico) e rápidamente foram aparecendo outros materiais, empregando outros átomos e outras moléculas. Há alguma controvérsia em relação a quem inventou o laser óptico, mas a primeira pessoa a usar a palavra laser foi Gordon Gould, sendo um bom argumento para se acreditar que foi o primeiro a criar o primeiro laser óptico.
Mas é em 1961 que Robert_Hall inventa o laser de injecção em semicondutores, enquanto trabalhava para os laboratórios da General Electric Laboratories em Schenectady, New York. Estes lasers eram baratos e são hoje em dia o tipo de laser mais comum. Podem ser encontrados em leitores de CD's, impresoras a laser, nos leitores de código de barras dos supermercados, na maioria das fibras ópticas usadas nos sistemas de comunicação entre outros.
Funcionamento dos Diodos Laser.
Como num led, a junção é directamente polarizada, e a recombinação das cargas, que ocorre quando os electrões passam da camada n para a camada p, são produzidos fotões de luz visivel ou de infravermelho.
tinha quando foi inventado, em 1960. O feixe cinquentão, entretanto, mantém-se em boa forma. Seja como peão da ciência aplicada, em busca de novas tecnologias, seja como protagonista da ciência básica, ele ainda não atingiu seu limite.
Grosso modo, laser é luz destilada. Ao contrário das fontes emissoras de luz naturais e outras artificiais, onde cada átomo é, prestes a emitirem radiação a qualquer momento – poderia estimulá-los a emitir luz idêntica e em sincronia.
Entre 1952 e 1953, pesquisadores na União Soviética e nos EUA inventaram
independentemente o maser, da sigla em inglês para “amplificação de micro-ondas
por emissão estimulada de radiação”. O inventor norte-americano do dispositivo,
o físico Charles Townes, e seus colegas propuseram em um artigo científico publicado
em 1958 um instrumento semelhante, mas que emitiria radiação luminosa.
Chamaram-no laser (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação).
O paper deu início a uma corrida entre os grandes laboratórios norte-americanos para criar o primeiro laser. Venceu uma “zebra”, o engenheiro Theodore Maiman
(1927-2007), do Hughes Research Lab, com uma técnica totalmente diferente
da proposta por Townes. Em 16 de maio de 1960, Maiman obteve um feixe invisível a olho nu, mas detectável com um espectroscópio. Exatos dois meses depois, seu feixe já era visível, produzindo o característico pontinho de luz vermelha na parede do laboratório.
Raio da morte
“Homem de Los Angeles descobre raio da morte da ficção científica”, foi a manchete
de um jornal da época. Em clima de Guerra Fria, o público e os militares esperavam que a tecnologia virasse arma.
Ainda hoje, porém, feixes laser mortais à la Guerra nas Estrelas têm alcance curto e
não cabem dentro de um tanque.
Já a primeira reação da indústria e da comunidade acadêmica ao invento foi
perguntar, “ok, mas para que isso serve?”.
Nas palavras de Townes, o laser era visto como “uma solução em busca de um
problema”. À medida que outros cristais e gases foram sendo testados como meios
emissores de radiação estimulada, porém, surgiram laseres de diversas cores (diferentes comprimentos de onda), e os problemas que eles podiam resolver ficaram claros.
“Cada laser de certo comprimento de onda encontra uma aplicação específica dentro da ciência e da tecnologia”, explica o físico Vanderlei Bagnato, da USP de São
Carlos. “Estamos longe de ter explorado
tudo que é possível em termos de meios emissores de laser.”
Em busca de novos materiais emissores de laser, os pesquisadores usam o próprio
laser. Sidney Ribeiro, do Instituto de Química
da Unesp de Araraquara, por exemplo, usa uma técnica conhecida como espectroscopia
Raman. “Usamos o laser para observar suas propriedades óticas”, explica.
O tamanho dos aparelhos emissores tem diminuído. Foi graças aos compactos
emissores de diodos semicondutores, por exemplo, que o uso do laser para armazenar
informação se popularizou com os leitores de códigos de barra, os CDs, DVDs
e, mais recentemente, blue-rays – e a expectativa
é que não pare por aí.
Outros laseres importantes no cotidiano são os pulsos que passam dentro de cabos
de fibra ótica ao redor do mundo, transmitindo zeros e uns entre computadores
e telefones conectados à Internet.
Na medicina, o laser foi usado já em 1961 para destruir o tumor na retina de
um paciente. De lá para cá, foi útil em diversos tipos de cirurgias como um bisturi
melhorado, que corta e ao mesmo tempo cauteriza tecidos. Pesquisadores têm testado
tratamentos em que uma substância deixa as células cancerígenas mais sensíveis à
luz do que as saudáveis, prontas para serem destruídas por um laser.
Servindo ainda de régua e relógio de alta precisão, equipamentos baseados na emissão e reflexão de feixes laser revolucionaram a cartografia, a metrologia e as ciências atmosféricas. Ele é usado na calibração de telescópios, e o sequenciamento do DNA de genomas inteiros só é viável graças à automatização via laser.
Na nanotecnologia e na física quântica, então, o laser é obrigatório. “É o grande herói
de nossos desenvolvimentos recentes na manipulação de átomos e moléculas”, explica
Bagnato. Combinações de feixes laser podem funcionar como uma espécie de pinça para
apanhar átomos e resfriá-los até perto do zero absoluto de temperatura. Pulsos ultrarrápidos
de laser são capazes de registrar algo como filmes em câmera lenta do movimento
de elétrons em reações químicas.
Além disso, muitos físicos apostam nos laseres mais potentes já construídos para
reproduzir as condições do interior do Sol, gerando energia limpa por fusão nuclear.
O laser é o grande herói dos desenvolvimentos recentes na manipulação de átomos e moléculas
do material emite radiação luminosa em tempo, frequência e direção diferente,
os átomos de um gerador de raios laser emitem radiação em sincronia, na mesma
direção. Essa coerência luminosa permite, por exemplo, que um feixe de laser concentre
a potência de uma lâmpada caseira em um único ponto e abra um buraco em
uma placa de metal.
Para orquestrar essa emissão luminosa em uníssono pelos átomos é preciso
estimulá-los com um “regente” de luz. O físico Albert Einstein (1879-1955) percebeu,
em 1916, que, nas circunstâncias corretas, lançar um pouco de luz sobre uma porção de átomos “excitados”
Revista ciência Univ. São Paulo
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
O Raio Laser
(Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)
Em 1917 , Albert Einstein falou na teoria que vinha tornar os laser uma realidade - Emissão Estimulada Em 1954, Charles_Townes e Arthur_Schawlow inventaram o por Emissão de Radiação Estimulada)")' onmouseout=UnTip()>(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), uma tecnologia muito parecida ao do laser óptico mas não usa luz visivel. A luz visivel emite ondas de variados comprimentos de onda, resultando num espalhamento dos mesmos de forma muito rápida e numa perca de energia por interferência destrutiva. O maser é capaz de de produzir ondas de comprimento de onda único.
As primeiras experiências foram realizadas com gás amoníaco cujas moléculas chegavam a vibrar 24 bilhões de vezes por segundo, o que tornava suscetíveis de converter-se em ondas de 2 mm em meio de comprimento . Dirigindo sobre as moléculas o adequado estímulo eletromagnético foi observado que este estimulo originava uma avalanche de electrões que ampliavam consideravelmente o original. Foram ainda realizadas outras experiências com rubi sintético (laser de rubi, considerado como o primeiro laser óptico bem sucedido, que emitia curtos impulsos de laser óptico) e rápidamente foram aparecendo outros materiais, empregando outros átomos e outras moléculas. Há alguma controvérsia em relação a quem inventou o laser óptico, mas a primeira pessoa a usar a palavra laser foi Gordon Gould, sendo um bom argumento para se acreditar que foi o primeiro a criar o primeiro laser óptico.
Mas é em 1961 que Robert_Hall inventa o laser de injecção em semicondutores, enquanto trabalhava para os laboratórios da General Electric Laboratories em Schenectady, New York. Estes lasers eram baratos e são hoje em dia o tipo de laser mais comum. Podem ser encontrados em leitores de CD's, impresoras a laser, nos leitores de código de barras dos supermercados, na maioria das fibras ópticas usadas nos sistemas de comunicação entre outros.
Funcionamento dos Diodos Laser.
Como num led, a junção é directamente polarizada, e a recombinação das cargas, que ocorre quando os electrões passam da camada n para a camada p, são produzidos fotões de luz visivel ou de infravermelho.
Acima de um determinado nuvel de corrente, os fotões que se movem no sentido paralelo à junção iniciam um processo de emissão estimulada em cadeia.De forma similar, as extremidades têm superfícies espelhadas e semi-espelhadas. A máxima eficiência do laser ocorre quando o comprimento do material na direcção da emissão é múltiplo exacto do comprimento de onda da luz emitida, trabalhando o dispositivo como um ressonante óptico.
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:
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).
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:
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).
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