O Laser e

suas Aplicações

Laser: o que é?

Sigla em inglês: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Dispositivo que produz luz com as seguintes características:

Monocromática

Coerência espacial e temporal

Colimação

Alta intensidade

Luz monocromática: o que é?

C = λ / T = λ f

λ = C / f

Absorção diferenciada e monocromaticidade

Luz coerente (temporal): o que é?

Propagação com a mesma fase

Luz coerente (coerência espacial):

o que é?

Oscilação de E ou B no mesmo plano luz polarizada

Luz polarizada (coerência espacial):

o que é?

Luz colimada e intensa: o que é?

Energia do Laser: representa a quantidade

de luz Laser que está sendo depositada.

Potência óptica do Laser: representa a taxa

de Energia que está sendo depositada.

Irradiância do Laser: é definida como a

Potência útil do laser, dividida pela área

irradiada.

Diferença: Luz convencional x Laser

No Laser fótons são idênticos e

propagam-se em trajetórias para-

lelas (fótons são de cor pura);

ondas em fase e luz polarizada.

Na luz convencional fótons

de comprimentos de onda

diversos são emitidos e

propagam-se de forma caótica,

em todas as direções; também

as ondas estão fora de fase e

não são polarizadas.

Histórico

1905: Albert Einstein e Max Planck A luz é formada por pacotes

discretos e bem determinados de energia denominados quanta de luz,

também chamados de fótons.

Explicação do efeito fotoelétrico

Prêmio Nobel de Física (1922) E = h ˑ f

Princípio do laser

Laser: é formado a partir de átomos excitados, que são submetidos a

radiação; ainda é necessária, a

Inversão de População: Para que o laser produza luz, é preciso que o

número de átomos no estado excitado seja maior que o número de

átomos no estado fundamental

Emissão estimulada: Fóton pode estimular um átomo a passar para o

estado fundamental emitindo outro fóton de mesma energia

• O fóton emitido é igual sobre todos os aspectos, ao fóton que estimulou

a emissão: mesma frequência, energia, fase, polarização e direção de

propagação.

Histórico

1953, PRIMEIRO MASER: Charles Townes e Jim

Gordon; Nicolay Basov e Alexsander Prokhorov

o precursor do laser, o MASER (Microwave

Amplification by Stimulated Emission of

Radiation);

Radiação estimulada na faixa de micro-ondas

(fora do espectro visível).

Histórico

1954: Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov

trabalharam na criação de um oscilador quantum

e resolveram o problema da emissão continua,

utilizando duas fontes de energia, com níveis

diferentes.

Nobel de 1964

Histórico

1959: Gordon Gould publicou o termo

LASER no artigo: The LASER, Light

Amplification by Stimulated Emission of

Radiation

• Sua tentativa de patentear o termo LASER

em abril de 1959 foi negada pelo

escritório de patentes dos estados unidos.

• Patente foi concedida para Schawlow e

Townes pelo MASER, criando a “guerra

dos trinta anos de patente”

Histórico

1960: Theodore Maiman desenvolve o primeiro laser

no Hughes Research Lab.

• Forte fonte de energia que excitava elétrons de um Rubi sintético para níveis de energia maiores

emissão de fótons

Há diversos tipos de Laser, mas todos seguem o mesmo princípio:

1. meio ativo,

2. fonte de energia,

3. ressonador.

No caso do Laser de Rubi (Óxido de Alumínio, dopado com átomos de

Cromo), o meio material tem a forma cilíndrica e os átomos de Cromo

estão no estado fundamental (de menor energia)

• O cilindro de Rubi é bombardeado por um fluxo de energia.

• Os átomos de Cromo absorvem esta energia e vão ocupar outro

estado mais energético.

Os átomos de Cromo, que agora ocupam um estado de maior energia,

não permanecem eternamente aí; ao voltarem, de forma espontânea,

emitem fótons, em qualquer direção

Mas basta que um único fóton seja emitido ao longo do Rubi, para

desencadear a formação do Laser, a partir da emissão estimulada

de radiação (mérito de Einstein).

• Todos os fótons liberados no interior do Rubi são idênticos

• Os fótons são rebatidos por espelhos posicionados nas laterais do meio.

• Ainda, eles vão se chocar com mais átomos, liberando mais fótons.

Luz Amplificada por radiação estimulada.

Quando a quantidade de energia chega a determinada magnitude,

um raio de luz amplificada atravessa o espelho semitransparente.

LASER

Tipos de Laser

Sólidos: utilizam cristais ou vidros como meio de emissão de fótons.

Líquidos: utilizam corantes em solução líquida fechados em um frasco de

vidro.

Gás: (lasers de hélio e hélio-neônio), uma corrente elétrica é descarre-

gada através de um gás para produzir luz.

Químicos: alimentados por uma reação química, e pode atingir altas

potências em funcionamento contínuo.

Semicondutores: compostos principalmente de um diodo semicondutor

para produzir um feixe de luz.

Aplicações do Laser

Cirurgias médicas

Pesquisas científicas

Holografia

Leitores de CD e DVD

Laser pointer utilizado para

apresentação de slides

Na indústria, em cortes e solda de

materiais

Comerciais (comunicação por fibras

ópticas, leitores de códigos de barras)

Quando a energia luminosa penetra no tecido ela pode ser espalhada,

refletida, transmitida ou absorvida pelo tecido

Interações do Laser com a matéria biológica

Aplicações do Laser – absorção seletiva na pele

Aplicações do Laser

Aplicações médicas:

• Rejuvenescimento Facial

• Manchas na pele

• Olheiras

• Depilação definitiva

• Remoção de tatuagem

• Correção de miopia

Aplicação do Laser para correção de miopia

Miopia Curvatura da córnea aumentada ou comprimento do olho

acima do normal

Laser tem a função de aplanar a córnea

Aplicação do Laser para remoção de tatuagem

Até o final dos anos 80:

• Excisão

• Aplicação de Ácido Sulfúrico de

Fenol

• Criocirurgia

• Dermoabrasão

Após os anos 80:

• Remoção via Laser