Como funciona o laser

O laser é um aparelho que controla a forma como átomos energizados emitem luz, focalizando essa luz criando, assim, o feixe caraterístico deste aparelho.

Por | @oficinadanet Ciência

O laser é um aparelho que controla a forma como átomos energizados emitem luz, focalizando essa luz criando, assim, o feixe caraterístico deste aparelho. A palavra laser é uma sigla cuja tradução para o português é amplificação de luz por emissão estimulada de radiação (Light Amplification by Stimuled Emisson of Radiation). O laser é uma fonte de luz com características únicas, que o tornam um aparelho diferente de todos os outros. Tais particularidades fazem com que o laser seja um ótimo instrumento científico e tecnológico, com uma ampla área de utilidades.

A criação do laser só foi possível devido a um conjunto de teorias. Em 1905, Albert Einstein publicou um artigo sobre o chamado efeito fotoelétrico, criando assim o conceito do fóton, ou seja, partícula da luz. Estudos posteriores feitos por Niels Bohr revelaram a verdadeira dinâmica dos elétrons, possibilitando a criação do laser. O aparelho do laser foi na verdade uma adaptação de uma invenção chamada maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) criada em 1953 por Charles Hard Townes. O maser então foi adaptado para em vez de amplificar micro-ondas, ampliar ondas eletromagnéticas, ou seja, luz.

Como funciona o laser

Para entender os processos por trás do funcionado do laser é necessário entender como a luz é produzida nos átomos. No artigo Como funciona: lâmpadas foi feita uma breve explicação sobre o fenômeno da criação de fótons através do salto quântico. Neste artigo, o fenômeno será explicado novamente, sendo que detalhes de pouca importância serão retirados.

A emissão de luz

A produção de luz só pode ocorrer quando o átomo muda seu estado de energia. Os átomos precisam deixar seu estado fundamental de energia e irem para um estado excitado. Esse fenômeno ocorre em três situações: absorção, emissão e emissão estimulada. Na absorção, o átomo é energizado e um elétron recebe energia, mudando de órbita. Na emissão o elétron energizado retorna à sua órbita original, gastando sua energia excedente na criação de um fóton. A emissão estimulada é o processo utilizado nos lasers, e ocorre quando um agente externo causa a redução de estado de um elétron. Em outras palavras, o átomo é bombardeado com fótons que “empurram” o elétron de volta para sua órbita original, o que ocasiona a criação de outro fóton. O resultado é que o fóton externo sai intacto e o fóton criado no processo é seu irmão “gêmeo”. 

Estes fótons seguirão juntos dentro do sistema até encontrarem outro átomo que irão perturbar, causando a queda de energia de outro elétron e, consequentemente, a criação de outro fóton, tornando o processo uma reação em cadeia.

Ok, mas como o laser funciona?

Um laser tem três partes fundamentais. A primeira é chamada meio ativo. Essa é a parte que possui os átomos que serão responsáveis pela emissão estimulada, criando fótons que participarão do feixe de luz do laser. Como vimos, a emissão estimulada só pode ocorrer quando os elétrons estão excitados e deixá-los assim é a função da segunda parte do laser, que é uma fonte de energia para o meio ativo. A fonte pode energizar os átomos com eletricidade ou com luz, mas o essencial é que crie elétrons excitados para haver luz durante o processo de emissão estimulada. O objetivo da fonte de energia é criar um fenômeno conhecido como inversão da população, ou seja, no meio ativo existem mais elétrons excitados dos elétrons em estados fundamentais de energia. 

A terceira parte é conhecida como ressonador ou cavidade ótica. Seu objetivo é fazer com que os fótons criados pela emissão estimulada voltem novamente para o meio ativo, criando mais emissão estimulada, que aumenta a quantidade de luz criada. Isso pode ser feito com espelhos colocados nas extremidades do meio ativo. Quando uma das extremidades é aberta, o feixe de luz é liberado do sistema.

Como funciona o laser

Na imagem acima, podemos identificar as partes do laser. A parte um, o meio ativo, seria o tubo vermelho onde estão os átomos. A parte dois, a fonte de energia, seria o tudo de flash, que provocaria a emissão estimulada nos átomos do meio ativo. E a parte três, o ressonador, seriam as superfícies espelhadas colocadas nas extremidades do meio ativo.

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