O que é física do laser?
A física do laser ou ciência do laser é uma subdivisão da ótica que trata da teoria, funcionamento, construção e prática dos lasers. Em termos exatos, a física do laser está associada ao design da cavidade ótica, ao desenvolvimento temporal do campo de luz (no laser), à eletrônica quântica, à ótica não linear, à construção do laser e à física por trás da geração de uma inversão populacional em mídia laser, laser propagação do feixe.
Quem lançou a base da física do laser?
- Em 1917, Sir Albert Einstein lançou as bases de um laser, derivando novamente a lei de radiação de Max Planck. Albert Einstein coeficientes de probabilidade formalizados de absorção, emissão estimulada e emissão espontânea de radiação eletromagnética.
- No 1928 ano, Rudolf W. Ladenburg definir a existência de emissão estimulada e Valentin A. Fabricante fez a primeira proposta para o laser (amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) e estabeleceu as condições necessárias para amplificar a luz com emissão estimulada em 1939.
- RC Retherford e Willis E. Cordeiro observaram e demonstraram emissão estimulada em espectros de hidrogênio em 1947.
- Em 1952, Alexandre Prokhorov e Nikolai Basov descreveu os princípios teóricos por trás da operação de um maser ou laser de micro-ondas (Prokhorov e Basov receberam o Prêmio Nobel por suas pesquisas no campo da física do laser).
- Em 1960, Theodoro Maiman construiu o primeiro laser de pulso de rubi em funcionamento nos Laboratórios de Pesquisa Hughes.
Qual é o princípio básico de funcionamento de um laser?
- Os elétrons que residem em um nível de energia inferior possuem uma tendência de absorver energia luminosa externamente na forma de fótons ou fônons para atingir o nível de energia superior e a energia no fóton ou fônon absorvido é igual à diferença de energia entre os dois níveis. No caso da energia luminosa, isso significa que certos átomos podem absorver apenas um comprimento de onda específico de luz para uma transição.
- Depois de atingir o estado superior de excitação, um elétron não pode ficar lá para sempre. Os elétrons tendem a decair para um nível de energia inferior ao perder energia. Essa transição de elétrons geralmente ocorre em diferentes intervalos de tempo e emite energia na forma de fótons. Todo esse processo de transição eletrônica sem qualquer interferência externa é denominado emissão espontânea. Nesse caso, o elétron emitido tem direção e fase aleatórias.
- Às vezes, os elétrons estão sujeitos à influência externa para transitar de um estado de alta energia para um estado de baixa energia. Nesse caso, o fóton emitido durante o processo de transição corresponde à direção, ângulo de fase e comprimento de onda reais do fóton. Este processo de emissão de fótons é denominado emissão estimulada que é usada em lasers para saber mais sobre este assunto clique aqui.
- Todo laser é projetado para ter um meio de ganho, que amplifica o feixe de fótons emitido, esse meio de ganho é controlado em termos de tamanho, concentração, pureza e forma e em um ponto após a emissão estimulada quando o não. de elétrons presentes em um nível de energia excitado tornou-se maior do que o não. de elétrons disponíveis no nível de energia inferior nesse estado e, ocorre uma inversão da população e aqui, a taxa de emissão de fótons estimulada excede a taxa de absorção de energia pelos elétrons. Portanto, a luz ou fótons emitidos são amplificados. Este processo é denominado amplificação óptica.
Fonte da imagem: http://V1adis1av contribs) (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stimulated Emission.svg), https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode (física de laser)
Tipos de lazer:
Laser a Gás:
Lasers de gás (como HeNe Laser ou CO2 Laser) usa compostos gasosos para amplificação coerente da luz. Descargas gasosas podem ser feitas para amplificar diferentes comprimentos de onda de luz. Esses lasers são amplamente utilizados para fins comerciais e de pesquisa. Os lasers de dióxido de carbono produzem feixe contínuo de luz infravermelha de alta potência com bandas de comprimento de onda principais que variam de 9.6 a 10.6 micrômetros. Esses lasers são altamente eficientes em termos de energia, com a potência de saída para a taxa de potência da bomba chegando a 20%.
Fonte da imagem: Danh (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Commercial laser lines.svg), „Commercial laser lines“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode (física do laser)
Excimer Laser:
Uso de lasers excimer luz ultravioleta para a produção de dispositivos microeletrônicos, circuitos integrados semicondutores e micromáquinas. Excimer lasers (também conhecido como exciplex laser) são desenvolvidos usando gases nobres como argônio, criptônio ou xenônio, juntamente com gás halogênio reativo como flúor ou cloro.
Laser Químico:
Os lasers químicos fornecem a energia para a excitação de elétrons de reações químicas. Esses lasers são capazes de produzir grandes quantidades de energia em um curto período de tempo e, portanto, são usados em lasers de alta potência.
Laser de estado sólido:
Os lasers de estado sólido usam uma haste de vidro ou cristalina dopada com íons para permitir que os elétrons atinjam os níveis de energia necessários. O dopante é responsável por manter a inversão da população. Por exemplo, laser de rubi.
Laser de fibra:
Os lasers de fibra óptica usam reflexão interna total ou TIR para transmitir os raios de luz com a ajuda de fibras ópticas. Esses lasers encontram sua aplicação na transmissão de raios de luz por longas distâncias e na redução da distorção térmica do feixe de laser.
Laser de cristal fotônico:
O laser de cristal fotônico usa Nanoestruturas para fornecer confinamento de modo.
Laser Semicondutor:
Lasers semicondutores usam diodos semicondutores para bombeamento elétrico. A energia de recombinação liberada é responsável por manter o ganho óptico.
Laser de tintura:
Os lasers de tinta têm uma tinta orgânica funcionando como meio de ganho. Esses lasers podem operar em diferentes comprimentos de onda de luz e podem produzir pulsos de curta duração.
Laser de elétrons livres:
Os lasers de elétrons livres fornecem o maior alcance possível para ação de laser. Esses lasers geram feixes coerentes de alta potência com radiações que variam de infravermelho a raios visíveis.
Para saber mais sobre lasers excimer visite clique aqui.
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