Conteúdo
- O que é um laser?
- O que é emissão estimulada?
- O que é um maser?
- Qual é a diferença entre um laser e um maser?
- O que é um meio amplificador?
- Como funciona um laser?
- Quais são os dois modos de operação de um laser?
- Quais são as aplicações de um laser?
O que é um laser?
LASER significa “amplificação de luz por emissão estimulada de radiação“, É um instrumento no qual a luz é emitida pelo processo de amplificação óptica através da emissão estimulada de radiação eletromagnética. O primeiro laser foi inventado e projetado por Theodore Maiman no ano de 1960. O design deste instrumento foi influenciado pelos trabalhos teóricos de Charles Hard Townes e Arthur Leonard Schawlow e A luz emitida por um laser é coerente por natureza, ou seja, a fase. a diferença também é constante. Este dispositivo é usado para uma ampla variedade de aplicações no campo da medicina, pesquisa, manufatura, militar, etc.
O que é emissão estimulada?
Um elétron presente ocupando um estado de energia inferior absorve alguma energia externa presente na forma de luz (fótons) ou calor (fônons) a fim de ocupar um estado de energia superior e esta transição e- de um estado para outro só é possível quando as energias do fóton ou fônon é igual à diferença de energia entre esses 2 estados. Portanto, esses elétrons ou átomos são capazes de absorver apenas uma frequência específica de luz para a transição.
Os elétrons não podem permanecer no estado de excitação superior para sempre. Eles tendem a retornar ao seu estado fundamental. Esses elétrons às vezes são influenciados externamente para cair de um estado de excitação superior para um estado de excitação inferior ou estado fundamental. O fóton emitido após a transição alto-baixo corresponde ao fóton fornecido externamente em termos de direção, fase e comprimento de onda. Esse processo de liberação de fótons é conhecido como emissão estimulada e forma a base do funcionamento do laser.
Para emissão estimulada, o primeiro requisito é excitar os elétrons ou os átomos com a ajuda de um meio de ganho, pois em um meio normal o número de átomos no estado de energia mais baixo é maior do que nos estados de energia mais altos no Equilíbrio térmico Portanto, a taxa de absorção excede a taxa de emissão estimulada em meios normais.
O que é um Maser?
MASER ou “Amplificação de microondas por emissão estimulada de radiação“, É um dispositivo no qual a emissão eletromagnética de micro-ondas coerente é gerada por amplificação através do modo de emissão estimulada. Maser inventou na Universidade de Columbia, em 1953, pelo cientista James P. Gordon, Charles H. Townes e Herbert J. Zeiger. Masers têm suas aplicações em dispositivos como relógios atômicos e radiotelescópios. Masers também podem produzir radiações eletromagnéticas pertencentes à faixa de rádio e infravermelho.
Maser de hidrogênio
Qual é a diferença entre um laser e um maser?
Laser versus Maser
| LASER | MASER |
| Este instrumento produz emissão eletromagnética coerente em uma ampla faixa de frequência (principalmente a frequência visível, UV e IV). | Maser produz emissão eletromagnética coerente com freqüência na faixa de microondas e freqüência de rádio. |
| Este instrumento é usado para uma ampla variedade de aplicações no campo da medicina, pesquisa, manufatura, militar, etc. | Este instrumento é usado principalmente para comunicação por microondas e em vários instrumentos astronômicos. |
| Este instrumento normalmente funciona estimulando átomos de Hélio, Néon, Dióxido de Carbono, etc. | Este instrumento normalmente funciona estimulando átomos de amônia, hidrogênio, etc. |
O que é um meio amplificador?
Em lasers, meio de amplificação ou meio de ganho óptico é um material que amplifica a potência do feixe de luz gerado. O meio de ganho compensa a perda de potência devido ao ressonador. O meio de ganho amplifica a luz, absorvendo energia por meio do processo de bombeamento elétrico (ou às vezes de bombeamento óptico). O meio de ganho pode ser de vários tipos, como Nd: YAG (granada de ítrio alumínio dopada com neodímio Lasers YAG) meio, meio Yb: YAG (YAG dopado com itérbio), arseneto de gálio, nitreto de gálio ou meio semicondutor de arseneto de índio e gálio, meio de ganho de cerâmica, meio de fibra óptica, etc.
Como funciona um laser?
Geralmente, esses instrumentos contêm um meio de ganho ou amplificação, um mecanismo de bombeamento e um sistema para fornecer feedback óptico. Os lasers funcionam com base no princípio da absorção fotoelétrica e emissão estimulada. Esses instrumentos têm um meio de ganho que pode ser um material sólido, líquido ou gasoso. Este meio recebe a energia externa e a direciona para os átomos ou elétrons para excitá-los para seus estados de energia mais elevados e este material pode ser ajustado em termos de forma e tamanho, concentração e pureza.
A inversão populacional se refere ao estado em que o número de partícula presente em um estado de excitação superior excedeu o número de partícula presente no estado de excitação inferior. Nesse estado, as taxas de emissão de fótons estimulados excederão a taxa de energia absorvida pelo elétron. Portanto, o feixe de luz emitido na forma de fótons é amplificado.
Uma cavidade óptica está presente dentro do dispositivo. É principalmente um par de espelhos (também chamados de acopladores de saída) presentes em cada lado do meio de ganho para fazer o feixe de luz saltar para frente e para trás através do meio sendo amplificado toda vez que atinge o espelho, e um dos dois espelhos está parcialmente transparente permitindo que alguma luz escape através dele e se os espelhos presentes são curvos, então a luz sai na forma de um feixe estreito e se os espelhos são planos, o feixe de luz é espalhado.
Fonte da imagem. Usuário: Tatoute, Laser, CC BY-SA 3.0
Quais são os dois modos de operação de um laser?
O feixe de luz coerente pode ser gerado no modo pulsado ou no modo contínuo.
Operação de modo pulsado de um laser:
No modo pulsado, a potência óptica segue o padrão de um pulso e tem uma taxa de repetição baseada em um determinado período de tempo. O modo pulsado é usado para gerar pulsos de alta potência, diminuindo a taxa de pulsos. O processo de ablação e perfuração que exigia saídas de alta potência costumava usar o modo pulsado na potência de pico do pulso. Os processos que requerem a aplicação de efeitos ópticos não lineares usam o modo pulsado com base na potência ou energia máxima do pulso. Às vezes, a amplificação em modo contínuo não pode ser alcançada, então o modo pulsado é usado.
Operação em modo contínuo de um laser:
No modo contínuo, a potência de saída permanece constante ao longo do tempo. Neste modo, a variação de frequência é desprezível e não influencia a aplicação do laser. Este modo requer uma fonte de bomba constante para que a inversão da população do meio de amplificação possa ser alcançada. Bombear os lasers em níveis de alta potência continuamente pode resultar em danos ao laser devido ao aquecimento excessivo. Por esse motivo, o modo contínuo tem um nível de saída de energia limitado. Este modo é usado principalmente para fins experimentais e médicos.
Quais são as aplicações dos lasers?
Aplicações de lasers
Aplicações militares do laser
Vários tipos de lasers, como os de dióxido de carbono, que operam e emitem luz infravermelha, são usados para diversas aplicações militares. A atmosfera da Terra é comparativamente mais transparente aos raios de luz infravermelha. Por esta razão, tais lasers provam ser eficientes para localizar distâncias militares usando métodos como LIDAR (detecção de luz e alcance). O feixe de laser fornece informações sobre as distâncias do observador e a posição do alvo.
Aplicações médicas do laser
IR Lasers, Excimer Lasers usados na área médica.
Aplicações industriais (corte e soldagem) de laser
Lasers fornecem feixes de alta potência que podem ser eficazes para várias aplicações industriais, como processo de soldagem, processo de gravação, processo de perfuração e perfuração, preparação de revestimento e corte a laser para metal duro ou processo de corte de vidro, etc. Atualmente, esses instrumentos também são usados para limpeza de superfície que envolve a erradicação de impurezas e contaminantes da superfície de um material. O CO2 utilizado para gravação em materiais e estes dispositivos também são utilizados nos processos de manufatura seletiva de SLS ou sinterização seletiva a laser.
Aplicações de pesquisa de laser
O procedimento SILEX (Separação de isótopo por excitação a laser) utilizado para enriquecer urânio também envolve laser IR, várias outras aplicações importantes, como a fabricação de dispositivos microfluídicos, também envolvem o uso desses instrumentos, já que o poli (metacrilato de metila) de plástico comum é um bom absorvente de ondas IR.
Para saber mais sobre laser visite aqui
Leia também:
- Soldagem a laser
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Olá, sou Sanchari Chakraborty. Fiz mestrado em Eletrônica.
Gosto sempre de explorar novas invenções na área da Eletrônica.
Sou um aluno ávido, atualmente investido na área de Óptica Aplicada e Fotônica. Também sou membro ativo da SPIE (Sociedade Internacional de Óptica e Fotônica) e da OSI (Sociedade Óptica da Índia). Meus artigos têm como objetivo trazer à luz tópicos de pesquisa científica de qualidade de uma forma simples, mas informativa. A ciência vem evoluindo desde tempos imemoriais. Então, tento explorar a evolução e apresentá-la aos leitores.
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