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PRIN

CÍPI

OS

DE

LASE

R I

Princípios de Laser I

Matheus A Tunes

Centro de Lasers e AplicaçõesCLA – IPEN CNEN

VIMOS ATÉ AGORA…• As raízes clássicas da mecânica quântica.– Blackbody radiation.– Catástrofe no Ultravioleta.

• Natureza quântica da luz.– Fótons possuem pacotes de energia E = hf.

• Interação eletromagnética com a matéria.– Absorção;– Emissão; e – Emissão Estimulada.

Vamos continuar em nosso rumo:

Qual é a pergunta que não quer calar...?

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O QUE É UM LASER?Light

Amplification by

Stimulated

Emission of

Radiation;

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Características da luz do laser

• Coerência;• Alta monocromaticidade;• Direcionalidade (collimation);• Intensidade (brightness);• Pulsos ultra curtos.

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Coerência – “Coherence”

• Todos os fótons emitidos pelo Laser estão em fase.

• Dado uma condição de contorno é possível saber o que acontece depois de um tempo t.

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Monocromaticidade

• A habilidade do laser produzir luz de um comprimento de onda bem definido.

Laser Nd:YLF – Jakutis, J (LDL)

Tungsten LampTunes, M; Macedo, L

Linewidth, p. ex. HeNe = 0,002nm

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Direcionalidade (collimation)• Conseqüência direta do meio

ativo estar em uma cavidade plano-paralela.• A propriedade de manter o feixe

colimado em grandes distâncias.• O feixe diverge muito pouco em

grandes distâncias;

Intensidade (brightness);Potência emitida por unidade

de área por unidade de ângulo sólido.

B é um coeficiente que geralmente depende de coordenadas polares em

relação a fonte estar situada em O emitindo em direção a OO’

dS

OO’

O

n

Pulsos Ultra Curtos

Laser “Vulcan”, Rutherford Appleton Laboratory, Oxford (2004) – 410 femtossegundos (1 fs = 10-15 s)

Laser de vidro de Neodímio – intensidades até 1021 Watts/cm2 – equivalente a toda a luz solar incidente sobre a Terra focalizada na extremidade de um fio de cabelo

Depois de Maiman

Rápido Desenvolvimento!!!

• Fevereiro de 1961, Ali Javan (MIT): Laser contínuo de He-Ne

• 1962, Robert Hall (GE): Laser de semicondutor

• 1962, N. Bloembergen (Harvard): Ótica não-linear (Nobel 1981)

• 1964, Kumar Patel (Bell Labs): laser de CO2

• 1966, Sorokin e Lankard, Schäfer et al.: lasers de corantes (sintonizáveis)

• Steven Strokel, oftalmologista de NY, 1987 – primeira cirurgia de córnea com laser de excímero (ultravioleta)

Javan Hall

PatelBlombergen 12

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Telemetria: Hal Walker (Union Carbide), 1969

• Espelho de 45 cm de lado colocado por equipe da Apolo 11 (1969), laser pulsado de Rubi, precisão de 5 m (precisão atual: 3 cm)

• Novo observatório em Novo México: precisão de 1 mm (Nd:YAG)

Observatório McDonald (Texas)

Walker

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Possível aplicação em fusão nuclear…

Charles Townes com Petawatt laser atrás, em Livermore (1996) – Mais que 1000 vezes a capacidade elétrica total dos Estados Unidos, em 0,5 picossegundos (0,510-12s)

Câmera de fusão nuclear, em Livermore

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Separação Isotópica - ITA

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Brazilian FEL Laser (CBPF) – Free Electrons Laser

Laser de Elétrons Livres operando em Terahertz

The free-electron laser produces laser light by accelerating electrons through these

cryomodules and then into a wiggler, where electrons give off photons of light.

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Por que trabalhar com Lasers?

• Interdisciplinaridade;• Ótima interação teoria-prática;• Porque é gostoso!• Amplo desenvolvimento;

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Por que Física?

• A Física é um empreendimento humano!!!• Deve ser encarada como uma

forma alavancar o progresso social e tecnológico da humanidade.• Pensem Nisso!!

Obrigado!