Muitos já devem ter se questionado sobre o funcionamento dos lasers, estes equipamentos atualmente estão por toda parte, com aplicações nas mais diversas áreas, da medicina¹, a propulsão de foguetes².
Para compreendermos como o laser funciona, devemos conhecer os três processos de transição que envolvem fótons (párticula da luz) e átomos.
O átomo
Antes de conhecermos os três processos de transição devemos falar um pouco sobre o átomo.
Toda matéria é composta por átomos, e estes, possuem energia. A quantidade de energia em um átomo, define seu nível de excitação, quando uma certa quantidade de energia é aplicada sobre o átomo ele pode sair do chamado estado fundamental (estável) para o estado exitado (instável).
Os três processos de transição
Como sabemos o átomo pode sair do estado fundamental para o estado exitado, entretando o átomo no estado exitado tende a voltar ao nível fundamental. Os processos que envolvem a excitação e o decaimento (quando o átomo decai do estado exitado para o estado fundamental) são chamamos processos de transição.
Absorção estimulada
Quando aplicamos energia em um átomo, e ele passa do estado fundamental para o estado exitado.
Emissão espontânea
Uma vez no estado exitado, o átomo tende a voltar ao estado fundamental, isto ocorrerá espontaneamente depois de um periodo médio de tempo, que varia dependendo do átomo. Ao decair o átomo emite um fóton com direção, polarização e frequência aleatória.
Emissão estimulada
Se, no estado exitado o átomo encontra-se com um fóton, o átomo decairá emitindo outro fóton com as mesmas características do primeiro, mesma direção, polarização e frequência.
O laser
Conhecendo os processos de transição, compreenderemos o funcionamento do laser.
A palavra LASER é a sigla de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiaton, que significa "ampliação de luz por meio da emissão estimulada de radiação".
Basicamente o laser é composto de um material que produzirá os fótons (chamado meio de ganho), um par de espelhos e um sistema de aplicação de energia (chamado de sistema de bombeamento), que pode ser corrente elétrica, uma fonte de luz, como um flash, ou por reações químicas.
Existem vários tipos de laser, a semicondutor, a corante, a gás... Porém o princípio dos lasers é o mesmo. Para exemplificar seu funcionamento utilizaremos a imagem de um laser a cristal de rubi.
O cristal de rubi, em forma de barra, é excitado por uma lâmpada a gás, após um determinado tempo médio, característico do rubi, os átomos em estado exitado decaem emitindo um fóton espontaneamente, este fóton se encontrará com outro átomo que poderá ter sido exitado pela lâmpada gás, neste caso este átomo emitirá estimuladamente um fóton que terá as mesmas características do primeiro. A partir disso, haverá processos em cadeia de absorção e emissão de fótons.
Os espelhos paralelos, provocam a reflexão contínua dos fótons emitidos provocando a emissão estimulada em uma só direção (como vemos na figura), um dos espelhos não é totalmente transparente, permitindo a saída de parte dos fótons, estes fótons, graças a emissão estimulada terão as mesmas características, direção, frequência e polarização, por isso, a luz do laser é chamada coerente, e este, é o feixe que vemos.
Lista de Referências:
1.cdcc.sc.usp.br
2.revista.brasil.gov.br
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Mundo Estranho
Fonte: mspc.eng.br, phys.ufl.edu, dbd.puc-rio.br.
Postado por:
Renan Rodrigues, 19 anos, cursando bacharelado em física pela UFPB, curioso eterno, curto descobrir, entender e criar, já me aventurei programando jogos, escrevendo livros, criando músicas. Gosto também de jogar, ler, escutar boas músicas. Alguns podem dizer que sou meio doido, mais não deem muito crédito, é só intriga da oposição... ou não.
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