O Raio Laser

(Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)


Em 1917 , Albert Einstein falou na teoria que vinha tornar os laser uma realidade - Emissão Estimulada Em 1954, Charles_Townes e Arthur_Schawlow inventaram o (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), uma tecnologia muito parecida ao do laser óptico mas não usa luz visivel. A luz visivel emite ondas de variados comprimentos de onda, resultando num espalhamento dos mesmos de forma muito rápida e numa perca de energia por interferência destrutiva. O maser é capaz de de produzir ondas de comprimento de onda único.

As primeiras experiências foram realizadas com gás amoníaco cujas moléculas chegavam a vibrar 24 bilhões de vezes por segundo, o que tornava suscetíveis de converter-se em ondas de 2 mm em meio de comprimento . Dirigindo sobre as moléculas o adequado estímulo eletromagnético foi observado que este estimulo originava uma avalanche de electrões que ampliavam consideravelmente o original. Foram ainda realizadas outras experiências com rubi sintético (laser de rubi, considerado como o primeiro laser óptico bem sucedido, que emitia curtos impulsos de laser óptico) e rápidamente foram aparecendo outros materiais, empregando outros átomos e outras moléculas. Há alguma controvérsia em relação a quem inventou o laser óptico, mas a primeira pessoa a usar a palavra laser foi Gordon Gould, sendo um bom argumento para se acreditar que foi o primeiro a criar o primeiro laser óptico.

Mas é em 1961 que Robert_Hall inventa o laser de injecção em semicondutores, enquanto trabalhava para os laboratórios da General Electric Laboratories em Schenectady, New York. Estes lasers eram baratos e são hoje em dia o tipo de laser mais comum. Podem ser encontrados em leitores de CD's, impresoras a laser, nos leitores de código de barras dos supermercados, na maioria das fibras ópticas usadas nos sistemas de comunicação entre outros.



Funcionamento dos Diodos Laser.

Como num led, a junção é directamente polarizada, e a recombinação das cargas, que ocorre quando os electrões passam da camada n para a camada p, são produzidos fotões de luz visivel ou de infravermelho. Acima de um determinado nuvel de corrente, os fotões que se movem no sentido paralelo à junção iniciam um processo de emissão estimulada em cadeia.De forma similar, as extremidades têm superfícies espelhadas e semi-espelhadas. A máxima eficiência do laser ocorre quando o comprimento do material na direcção da emissão é múltiplo exacto do comprimento de onda da luz emitida, trabalhando o dispositivo como um ressonante óptico.

Propriedades do laser

  • Comprimento de Onda
Depende do material que emite luz, do sistema óptico e da forma de energizá-lo. A luz emitida pelo laser é sempre monocromática:
Fluoreto de argônio (UV) 193 nm
Fluoreto de criptônio (UV) 248 nm
Cloreto de xenônio (UV) 308 nm
Nitrogênio (UV) 337 nm
Argônio (azul) 488 nm
Argônio (verde) 514 nm
Hélio-neônio (verde) 543 nm
Hélio-neônio (vermelho) 633 nm
Corante Rodamina 6G (ajustável) 570-650 nm
Rubi (CrAlO3) (vermelho) 694 nm
Nd:Yag (NIR) 1.064 nm
Dióxido de carbono (FIR) 10.600 nm

 

  • Potência de Saída
    • Gás Hélio-Neônio (dezenas de "mW")
    • Dióxido de carbono (centenas de "kW" em feixe contínuo)
  • Coerência
    • Feixe coerente / Estão em fase.
    • Devem ter o mesmo sinal.
    • A coerência é necessária para algumas aplicações.
  • Eficiência
    • De 20% a 0,001%.
    • A eficiência é importante para sistemas com grande potência.
  • Intensidade de Potência
    • Da ordem de 10^16 W/cm² (baixa divergência).

Exemplos de alguns tipos de laser

Laser a cristal Cor λ (nm)
Alexandrita IV 700 a 815
Cromo safira vermelho 694
Érbio (vidro) IV 1540
Érbio (YAG) IV 2940
Hólmio (YAG) IV 2100
Hólmio (YLF) IV 2060
Neodímio (YAG) IV 1064
Neodímio dobrado (YAG) verde 532
Titânio safira IV 840 a 1100
Laser a gás Cor λ (nm)
Argônio azul 488
Idem verde 514
Criptônio amarelo 568
Idem azul 476
Idem verde 528
Idem vermelho 647
Dióxido de carbono IV 10600
Fluoreto de hidrogênio IV 2700
Hélio cádmio violeta 441
Idem UV 325
Hélio neônio amarelo 594
Idem laranja 612
Idem verde 543
Idem vermelho 633
Idem IV 1152
Idem IV 3390
Nitrogênio UV 337
Xenônio branco vários
Laser a gás "Excimer" Cor λ (nm)
Cloreto de criptônio UV 222
Cloreto de xenônio UV 308
Fluoreto de argônio UV 193
Fluoreto de criptônio UV 248
Fluoreto de xenônio UV 351
Laser a líquido Cor λ (nm)
Coumarin C30 verde 504
Rhodamine 6G IV 570 a 650
Laser a semicondutor Cor λ (nm)
Arsenieto de gálio (usado em leitores de CDs) IV 840
Arsenieto de gálio e alumínio (usados em impressoras) IV 670 a 830
Fosfeto arsenieto de gálio (usados em telecomunicações) IV 1300
Laser a vapor metálico Cor λ (nm)
Cobre amarelo 570
Idem verde 510
Ouro vermelho 627

Feito por André Lopes e Pedro Nunes @ 2008
Para a cadeira de Codificação, Áudio e Vídeo do Instituto Superior Técnico da U.T.L.
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