Como funciona o Laser ?
Laser é uma abreviatura para “light amplification by stimulated emission of radiation”. Que pode ser traduzido para “amplificação
da luz por emissão estimulada de radiação”. O Laser possui milhões de aplicações no nosso dia a dia, desde aplicações médicas em cirurgias até
leitores de CD. Quem nunca brincou com um daqueles pequenos Lasers vermelhos que vende em toda esquina?
Para entendermos a luz gerada pelo Laser precisamos primeiro entender como os átomos emitem luz. Para isso vamos tomar um modelo bem simplificado do átomo, com um núcleo maciço
no centro e vários elétrons orbitando ao redor dele.
Como sabemos, os eletros estão distribuídos em níveis de energia. No estado fundamental (não excitado) do átomo, os
elétrons ocupam as posições de mais baixa energia, porém, quando estimulados por algum fator externo, os elétrons
podem “pular” para níveis de maior energia, tornando os átomos “excitados”.
Os átomos excitados, contudo, não são estáveis. Os elétrons nos níveis de energia mais alta “percebem” que há um nível
de mais baixa energia vazio e “pulam de volta”, liberando o excesso de energia na forma de ondas eletromagnéticas, os
fótons de luz. Esses fótons são emitidos com energia (freqüência da onda) bem definidas, dadas pela diferença de energia
entre os dois níveis energéticos.
Enível excitado – Enível não-excitado = Efóton
A diferença da luz proveniente de um Laser para uma luz comum é porque esses fótons
não são emitidos de forma aleatória, mas de maneira estimulada, ou seja:
- É uma luz direcionada e concentrada;
- A luz é “coerente”, todos os fótons emitidos estão em fase;
- É uma luz monocromática, com uma freqüência bem definida.
Para o funcionamento do Laser precisamos primeiro de um meio material, cujos átomos serão excitados. É a escolha desse meio
que irá determinar em que freqüência (cor) os fótons serão emitidos. Para se ter uma pequena idéia podemos olhar na seguinte tabela:
| Tipo do Laser |
Comprimento de onda emitido (nm) |
| Nitrogênio |
337 Ultravioleta |
| Argônio |
488 (Azul) |
| Hélio-Neônio |
633 (Vermelho) |
| Dióxido de Carbono |
10.600 (Infravermelho) |
Os átomos desse meio material são excitados através de uma fonte externa,
como um tubo de Flash existente em qualquer máquina fotográfica.
Os átomos do meio quando excitados começam a emitir fótons desordenados,
em todas as direções. Os fótons que são emitidos na direção correta (eixo do meio material com
os dois espelhos) são continuamente refletidos, fazendo com que um grande número de fótons se
propague na direção desejada.
O que faz com que a luz do Laser seja tão especial é a emissão estimulada de fótons, que é causada quando um fóton
que se propaga no meio colide com um átomo que está no estado excitado, fazendo com que esse átomo decaia para o
estado normal, emitindo um novo fóton na mesma direção e em fase com o fóton incidente. Esquematicamente temos:
Esse processo causa uma reação em cadeia, com a emissão estimulada de fótons
numa mesma direção e em fase.
Para concluir o funcionamento do Laser utilizamos dois espelhos, um em cada lado do meio material. Para que o
feixe de fótons seja emitido o espelho de um dos lados é apenas “parcialmente” refletor, fazendo com que alguns
fótons sejam refletidos e dêem continuidade ao processo enquanto que outros são emitidos, formando a luz do laser.
Pronto! Agora podemos voltar a brincar com nossos Lasers de chaveirinhos à vontade!
