Raio Laser e sua Aplicação na Ciência e Tecnologia

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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.

A maior vantagem da utilização desse tipo de laser é a sua capacidade de variar o comprimento de onda, chamado de "tunabilidade" ou a capacidade de variar o comprimento de onda e isso acaba abrindo um leque muito amplo para a utilização desse Laser na ciência e tecnologia.

Laser de Arenito de Gálio

Outro Laser bastante conhecido, alias um dos mais utilizados em nosso cotidiano são os Lasers de estado sólido do tipo semicondutor de Arenito de Gálio, que foi inventado em 1962. Esse tipo é bastante peculiar pois por não haver um local onde as moléculas se concentrarem ou seja, são localizados, não há níveis de energia mas sim de banda de energia, onde os elétrons transitam. O meio ativo é formado pela junção de dois tipos de semicondutores, o chamado tipo p e o tipo n sendo denominados de dispositivos de junção, por terem dopagens diferentes. Sendo uma operação relativamente simples, uma fonte externa aplica uma corrente elétrica, agitando as moléculas para a banda de condução, o aumento de corrente permite aumentar o número de elétrons agitados, e sendo assim aumente-se a luz gerada. Pode-se obter diferentes comprimentos de ondas da luz originada, alterando a distância entre as bandas de energia. Por ser alimentado, ou seja, bombeado por corrente elétrica de forma direta e por obter dimensão na casa dos micros, esse é um tipo de Laser que pode ser encontrado uma infinidade de aplicações

Aplicações científicas do Laser

O laser tornou-se possível de entender detalhadamente em sua natureza atômica e molecular graças ao estudo da matéria através da luz, ou espectroscopia. Também muito utilizado, rotineiramente em laboratórios de Física e Química em várias partes do mundo como métodos analíticos de precisão. Hoje em dia podemos realizar testes, na chamada física de átomos frios, controlando seus movimentos atômicos e revelando a matéria quântica e sua natureza. Na Computação Quântica surgiu através da técnica de manipulação de átomos com luz, já na Biologia ganhou-se utilização com as pinças óticas e com modernas técnicas de microscopia. Outras utilizações como hologramas, fotografias em 3D foram possíveis com o surgimento e aprimoramento dessa tecnologia tão promissora.

Controlando movimento de átomos com luz

O estudo de moléculas e átomos vem-se intensificando cada vez mais e contribuindo significam ente para o desenvolvimento de várias áreas, sendo, por exemplo, a Física Moderna pelo estudo em sua forma gasosa. Outro exemplo é a observação discreta dos níveis atômicos proporcionou o nascimento da Mecânica Quântica. Já a precisão desses valores e níveis tem a Física Atômica principal aliada, tornando-se algo bastante profundo de nosso microcosmo e trazendo junto outras inovações e tecnologias.

Como sabemos os átomos tendem a se manter em seu estado fundamental, ou seja, o seu estado mais baixo de energia. Um átomo em seu estado inicialmente fundamental pode ser excitado ao receber energia, por radiação, por exemplo, ou também um feixe de luz com capacidade de transmitir energia a esse átomo, também pode ter esse papel de excita-lo. De acordo com Max-Planck a freqüência da luz (f) é proporcional à energia proporcionado, denominado fóton. Tendo como base que fóton = h*f, sendo h chamado Constante de Planck. A maior absorção de energia possível ocorre quando o nível de energia entre fóton e a energia no átomo se coincidem. Um feito conhecido com ondas sonoras, chama-se efeito Doppler, onde se tem a mudança de freqüência das ondas sonoras, um exemplo bastante claro seria o barulho da buzina emitida por um carro, estando afastado temos um som mais grave e conforme o carro vai se aproximando, em certa velocidade, o som da buzina vai se tornando mais agudo. Dependendo da velocidade do emissor e do observador temos variações nas ondas de freqüência sonora e esse mesmo pensamento equivale para as onde de luz. Quando um átomo está em movimento, excitado, temos uma freqüência de luz de maior comprimento de onda (deslocamento para o vermelho) ou menor comprimento de onde (Desloca-se para o azul), conforme o afastamento ou aproximação, respectivamente. Portanto ao analisarmos o deslocamento dos átomos em um gás, onde há variadas velocidade e direções, a luz absorvida corresponde à soma de inúmeras linhas que estão localizadas em diversas freqüências, devido as mais variadas velocidades dos átomos e não representa a largura natural de absorção. Para corrigir isso, cientistas fizeram com que os átomos reduzissem sua velocidade,