O Laser e. suas Aplicações
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- Rita Silveira Ferrão
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1 O Laser e suas Aplicações
2 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
3 Luz monocromática: o que é? C = λ / T = λ f λ = C / f
4 Absorção diferenciada e monocromaticidade
5 Luz coerente (temporal): o que é? Propagação com a mesma fase
6 Luz coerente (coerência espacial): o que é? Oscilação de E ou B no mesmo plano luz polarizada
7 Luz polarizada (coerência espacial): o que é?
8 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.
9 Diferença: Luz convencional x Laser 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. No Laser fótons são idênticos e propagam-se em trajetórias paralelas (fótons são de cor pura); ondas em fase e luz polarizada.
10 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. E = h ˑ f Explicação do efeito fotoelétrico Prêmio Nobel de Física (1922)
11 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.
12 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).
13 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
14 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
15 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
16 Há diversos tipos de Laser, mas todos seguem o mesmo princípio: 1. meio ativo, 2. fonte de energia, 3. ressonador.
17 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)
18 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.
19 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
20 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).
21 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.
22 Quando a quantidade de energia chega a determinada magnitude, um raio de luz amplificada atravessa o espelho semitransparente. LASER
23 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 descarregada 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.
24 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)
25 Interações do Laser com a matéria biológica Quando a energia luminosa penetra no tecido ela pode ser espalhada, refletida, transmitida ou absorvida pelo tecido
26 Aplicações do Laser absorção seletiva na pele
27 Aplicações do Laser Aplicações médicas: Rejuvenescimento Facial Manchas na pele Olheiras Depilação definitiva Remoção de tatuagem Correção de miopia
28 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
29 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
Laser. Emissão Estimulada
Laser A palavra laser é formada com as iniciais das palavras da expressão inglesa light amplification by stimulated emission of radiation, que significa amplificação de luz por emissão estimulada de radiação.
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