Raio Laser e sua Aplicação na Ciência e Tecnologia

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Engenharia – Ciclo Básico

Raio Laser e sua Aplicação na Ciência e Tecnologia

Vinicius Marques Fernandes RA: T2865J-3

Introdução

Raio Laser, ou em inglês light amplification by stimulated emission of radiation é um tipo de radiação visível ao olho humano sendo uma fonte de luz com propriedades particulares devido a forma com que gera radiação eletromagnética tendo aspectos de interação da radiação com átomos ou moléculas nos meios materiais.

A luz constituída de apenas uma freqüência chamando-se de luz monocromática, sua luz pode ser mais potente que a luz de uma lâmpada sendo muito eficaz em pequenos feixes.

Emissão estimulada, o funcionamento básico do laser é criação do cientista Albert Einstein no ano de 1916, porém essas bases ficaram esquecidas durante a Segunda guerra mundial e só em 1953 que os cientistas conseguiram reproduzir algo parecido com o laser, utilizando as bases criadas por Einstein.

Entretando foi James Clerck Maxwell que observou algo inusitado na época onde oscilações elétricas e magnéticas ou as famosas ondas eletromagnéticas obtinham propagação similares as da velocidade da luz onde assim pode-se identificar que a própria luz era de fato uma forma de onda.

Essa por sua vez é constituída de comprimento de onda e freqüência e dependendo do tamanho que essa onda obtem faz com que receba um nome diferente e seu crescimento é desde o ultravioleta até o infravermelho.

A luz como radiação  composta de campos eletromagnéticos foi um dos mais grandiosos feitos da humanidade e da ciência moderna tendo alguns conceitos científicos derrubados e conseqüentemente, outros foram criados, tendo a interação da luz com a matéria sendo um deles.

Apesar de ser difícil de acreditar que o Laser é apenas uma luz como todas as outras ela tem características particulares que as fazem ter algumas propriedades um pouco singulares e muito particulares. A principal diferenciação entre raio laser e luz da-se ao denominado amplificação de luz por emissão estimulada onde as emissões provenientes de cada átomo são forçadas a ocorrer  em uma única direção e por instantes de tempo determinada de forma externa.

Outra particularidade do laser é a de fornecer altas densidades de potências de radiação.

Sendo utilizado e aplicado em várias áreas, podemos encontrar a utilização do laser no nosso dia a dia, como por exemplo, nos leitores de CD e DVD, laser point utilizado nas apresentações de slides e PowerPoint, em cirurgias médicas e odontológicas, na construção civil como em medições e níveis de prumo e também utilizado como uma forma rápida e eficaz de corte e solda na indústria.

Hoje em dia existe uma enorme gama de tipos de Lasers a nossa disposição, no decorrer desse trabalho estará exemplificado alguns desses tipos, ou os mais utilizados, de modo geral, como Lasers de CO2, He-Ne, Argônio, utilização de cristais ou materiais dopados, entre outros.

Aplicação na ciência e tecnologia        

Laser He-Ne

        Utilizando geralmente uma composição de 9 He para 1 Ne, esse tipo de laser usa bombeamento elétrico para iniciar o processo de emissão de feixes, os elétrons livre excitam eletronicamente os átomos de He, sendo absorvidos pelos de Ne, isso ocorre principalmente porque ambos têm os níveis de energia muito próximos, quase ressonante.

 

Laser Argônio

Através de uma descarga muito forte O laser de Argônio produz íons de Ar (Argônio) em uma ampola gasosa. Produzindo esse íon sua colisão com os elétrons é surpreendentemente violenta, deixando-os no estado excitado, porém como esses mesmos íons não são estáveis nesse estado ao voltarem em seu estado fundamental emitem luz e sendo assim sua primeira porção de emissão de luz dá-se origem aos fótons e iniciando o processo de feixe de luz, denominado Laser.

Os comprimentos de ondas podem ser escolhidos conforme a seleção de prismas e espelhos na cavidade, pois em um meio ativo os átomos podem transmitir vários tipos de comprimentos de ondas.

 

Laser dióxido de carbono

Esse é um laser gasoso, uma dos mais importantes sendo uma mistura de dois gases N2 e CO2 em que através de uma descarga elétrica o elétron transfere energia as moléculas de N2, passando a vibrar com mais amplitude e ao se chocarem com CO2 as moléculas já excitadas de N2 transferem sua energia e assim temos CO2 energizado.

CO2 ocorre um acumulo de energia, decaindo suas moléculas e assim temos o feixe de luz, sendo um dos Lasers com maior potencia que se pode obter. Todos esses Lasers a gás tem, normalmente, como forma de excitação de moléculas ou átomos a fonte de energia de descarga elétrica. Já os Lasers de estado sólido utiliza dopagem de íons em um cristal, tendo então um cristal dopado com íons, podendo ser dopagem em vários tipos de matérias, como metálico Cromo (Cr) ou elementos terra rara, como Érbio (Er), Európio (Eu), Hômio (Ho), etc.

Utilizando uma luz incandescente de luz intensa é a maneira mais eficiente de transferir energia aos íons, pois esses cristais dopados servem para meio ativos sendo utilizado como hospedeiro para os íons onde haverá a troca de energia. Nesse caso uma descarga elétrica não seria uma boa opção para excitação desses íons, pois teriam dificuldades em se locomover dentro do cristal, esse é o motivo da utilização de lâmpada, exigindo que fique ao redor do cristal ou juntamente com espelhos, para uma melhor utilização de sua luz. As lâmpadas mais usadas são Xênon ou Halógenas, com alta potencia (500W) e são colocadas lado a lado com uma barra de cristal dopado, contendo os íons a serem movimentados.

Laser de Rubi

O primeiro Laser de estado sólido constitui-se de uma barra de óxido de alumínio e cromo e hoje em dia utiliza-se uma matriz de óxido de alumínio YAG (Ytrium Aluminium Garnet), dopado com terra rara como Érbio (Er) , Hósmio (Ho). Sua emissão de Laser dependera do estado energético de cada tipo de ion, pois cada um tem uma forma particular.

Laser de Corante

Uma outra variação muito importante dos Lasers é o chamado laser de corante, onde seu meio ativo é na forma liquida, normalmente está dissolvida em solvente apropriado a molécula orgânica. As moléculas recebem luz de lâmpadas ou até mesmo de outro Laser, acumulam energia e assim ocorre o inicio do feixe de luz.