RAIOS LASER E SUAS APLICAÇÕES NA FÍSICA MODERNA

Campinas

2010

IntroduçãoHá precisamente meio século o cientista Theodore Maiman conseguiu emitir, de forma controlada, um raio de luz utilizando cristal de rubi, ou melhor, dominou os princípios que estão na base da Amplificação da Luzpor Emissão Estimulada de Radiação, em inglês, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, mais conhecido como Laser.

Deve-se a Einstein os fundamentos do Laser, que os estudou em 1916, a partir das leis de Max Planck. Foi no entanto em 1953 que Charles Hard Townes desenvolveu o primeiro "Maser", que emitia microondas em vez de luz visível. Simultaneamente, os soviéticos Nikolai Basov e Aleksander Prokurov desenvolviam estudos sobre a mesma tecnologia.

Mas se Maiman foi o primeiro a colocar em prática o Laser, o prémio Nobel foi no entanto atribuído a Schawlow e Townes que, pela primeira vez, anunciaram os princípios do Laser. Foi em 1961 que esta tecnologia foi utilizada numa intervenção cirúrgica, em Nova Iorque.

Atualmente o Laser é utilizado em praticamente todas as especialidades médicas e cirúrgicas, desde a oftalmologia, neurocirurgia, otorrino, cardiovascular, dermatologia e medicina estética. Tornou-se assim uma tecnologia disruptiva, ao apresentar-se como alternativa a técnicas clássicas, promovendo procedimentos mais simples e econômicos.

As tecnologias disruptivas possuem esta característica: transformam procedimentos complexos em procedimentos mais simples e codificados, muitas vezes realizados por técnicos bem treinados e não super-especialistas.

A biofotônica, bem como outras técnicas médicas usadas em tratamentos e diagnósticos, tem sido baseada, sobretudo na sua atividade diruptiva sobre o conhecimento por explorar, principalmente no campo da fotodinâmica. Até agora, os efeitos térmicos, fotomecânicos e fotoquímicos têm sido os mais utilizados, mas o futuro trará os efeitos da bioestimulação tecidular.

Ou seja, os desafios futuros do uso desta tecnologia em medicina e cirurgia vão no sentido da miniaturização dos equipamentos, dos implantes fotônicos, no diagnóstico fotodinâmico e terapêutico (PDT) e na imagem de alta resolução sem radiações.

Todos os dias da nossa vida nos deparamos cada vez mais com novos aparelhos eletrônicos (por exemplo, o onipresente computador) e opto- eletrônicos (CDs, displays de cristal líquido, leitoras óticas, Xerox, impressora laser, etc.), dispositivos automáticos (portas e torneiras automáticas), sistema de controle (portão eletrônico, controle remoto de televisão e videocassete), novos usos do laser em medicina (em operações para eliminar defeitos da visão, tatuagens, pedras nos rins e no tratamento de queimados, entre outros) e nas telecomunicações (fibras óticas), além de aplicações em várias áreas industriais. Tudo isso e muito mais está presente em casa, nas lojas, nos hospitais, supermercados, carros, aeroportos e por que não, também nas próprias

escolas. Jornais, rádios e a TV estão constantemente anunciando novos avanços tecnológicos que logo estarão sendo incorporados ao nosso dia-a-dia.

Muito não se dão conta de quão importante o laser é para o funcionamento e fabricação dessas tecnologias atuais, já que elas atuam diretamente em nossas vidas. Daí a importância de se conhecer e em especial, de se fazer uma ponte entre o conhecimento da sala de aula e a do cotidiano.

Desde seu surgimento, o Laser vem evoluindo rapidamente, tornando-se indissociável da Medicina e da indústria. Utilizado em diversas especialidades, é um instrumento que ajuda na melhoria da qualidade de vida, seja pelo seu poder de cicatrização, que possibilita tratamentos rápidos e eficazes, seja pelo seu uso na destruição de células cancerígenas.

Nas mãos de profissionais especializados e técnicos, ele é um recurso que veio em definitivo para corrigir, atenuar e facilitar o exercício da Medicina, revertendo-se em benefício para todos os tipos de pacientes. A evolução do Laser permite o aprimoramento de técnicas que, aliadas ou não aos medicamentos convencionais, trazem novas expectativas tanto para médicos como para a população.

O aumento do uso do Laser em Medicina é resultado da versatilidade e do constante processo de desenvolvimento e pesquisa. Mas um dos entraves para sua utilização ainda é o preço. Boa parte dos equipamentos é importada e o custo ainda é representativo. Futuramente, o preço tende a baixar e o tratamento deve se tornar acessível a um número cada vez maior de pessoas.

Na contramão desse entrave, no entanto, vêm os benefícios que os Lasers apresentam e que são a razão de sua crescente utilização. Entre as principais vantagens, destacam-se: a rápida cicatrização, o caráter antiinflamatório, a recuperação praticamente imediata ao uso, a ausência de dor e de sangramento, as poucas contra-indicações e a facilidade de aplicação, entre outras.

Assim para ilustrar nosso enfoque, consideramos demonstrar de certo modo, os modelos, as aplicações, os pontos negativos, positivos, desse fenômeno que esta presente em nosso dia a dia, conhecido como Laser, tanto para a área militar quanto para medicina

Para ilustrar nosso enfoque, consideramos três tópicos:

- O efeito do laser, enfatizando algumas de suas aplicações. - A revolução tecnológica que ele trouxe para a sociedade

- E algumas de suas mais novas aplicações.

Revisão bibliográfica

Um diodo laser encapsulado com um centavo para a escala (Wikipédia.)

Modo de funcionamento

Os laseres são formados por uma zona ativa dentro da cavidade laser onde ocorre emissão estimulada. Para que isso ocorra é aplicada uma corrente na junção p-n do laser díodo.

O efeito físico por trás do funcionamento do laser é que os átomos de determinados materiais, quando em estado instável de alta energia, se corretamente estimulados decaem sua energia emitindo fótons coerentes com o estímulo original, cujas ondas estão em sincronia (em fase) entre si. Einstein descobriu, através de considerações teóricas, que não apenas um átomo absorve um fóton (a partícula de luz) incidente e o reemite ao acaso após certo tempo (emissão espontânea), mas que também este mesmo átomo deve reemitir seu fóton absorvido se um segundo fóton interage com ele (emissão estimulada). O fóton reemitido tem o mesmo comprimento de onda do fóton que o estimulou e, igualmente importante, tem a mesma fase.

Um laser funciona desde que se consiga excitar um número mínimo de átomos de determinado material para um nível de energia superior, de modo a se obter uma inversão de população (quando existem mais átomos excitados do que átomos no estado fundamental). Quando isso ocorre, estimula-se alguns átomos a emitirem seus fótons, o que vai iniciar um efeito em cascata de modo que o fóton emitido por um átomo estimula o átomo seguinte a emitir outro fóton de igual comprimento de onda e fase, o que vai amplificando a emissão de feixes de luz de comprimento de onda definido e coerente.

Para que tudo isso funcione, entretanto, é necessária uma realimentação, ou seja, por certo tempo manter fótons emitidos estimuladamente interagindo com outros átomos. Isso é obtido com uma cavidade óptica, uma região do espaço em que se

confina luz por algum tempo com o uso de espelhos altamente refletores e convenientemente alinhados que vão refletindo várias vezes os fótons. Num dos espelhos existe um pequeno orifício por onde alguns fótons depois de muitas vezes refletidos conseguem sair emitindo o feixe colimado de luz. Há também os lasers super radiantes, como o laser de nitrogênio e alguns lasers de corante que não precisam de espelhos para funcionar. Entretanto, para se compreender perfeitamente um laser, faz-se necessário o uso da mecânica quântica.

Uso geral

Depois que um feixe luminoso parte do laser, pode ser mais concentrado ainda, por meio de dispositivos de focalização. A potência desses raios laser pode ser de vários milhões de watts, não sendo, portanto, de surpreender que a luz laser corte metal e que possa ser refletida da Lua como um feixe de radar. A tecnologia do laser também está sendo aplicada a comunicações a longa distância e ao processamento de dados. Você também pode encontrar o laser em leituras ópticas, nos preços dos produtos em supermercados e nos mais modernos vídeos e discos.

Aplicação na medicina

O efeito rejuvenescedor dos tratamentos a laser é fascinante. Eles renovam a pele, melhoram a textura, suavizam rugas, removem manchas. Apesar de essa tecnologia ser relativamente recente, ela já evoluiu muito e hoje existem vários tipos de laseres disponíveis. A vantagem é poder escolher o mais indicado para o seu caso.O Fraxel, um dos laseres mais modernos, extremamente eficiente no poder de recuperação da pele envelhecida. Para você entender o diferencial desse aparelho, aí vai uma breve explicação sobre laseres rejuvenescedores. Antes do Fraxel, os laseres eram divididos em dois grupos básicos: os que machucam muito a pele e os que machucam pouco. Todos eles com a característica de atingir inteiramente a superfície da pele tratada: toda a pele do rosto, do pescoço ou das mãos (característica diferente do Fraxel, como você vai perceber mais adiante).

Na hora de escolher o tratamento, médico e paciente decidiam entre uma agressão mais profunda ou mais suave.

No tratamento mais agressivo, a vantagem é o resultado extremamente eficiente com apenas uma sessão. Há notável suavização das rugas, até das mais profundas; melhora das rugas ao redor dos olhos e lábios; melhora de manchas; retração da pele, num efeito parecido ao de um lifting suave. Em grande parte, o efeito rejuvenescedor desse tratamento vem do estímulo à proliferação do colágeno. Mas esse tratamento é sofrido, pois as camadas mais superficiais da pele são removidas. A pele fica muito machucada e bem avermelhada por pelo menos duas semanas. O tratamento dói, requer curativos e reclusão por um período que pode chegar a um mês. Na correria da vida moderna, para a maioria das pessoas, isso é impraticável.

No tratamento mais suave, a camada mais externa da pele é poupada. As manchas são removidas e estimula-se o colágeno sem deixar a pele ferida. O tratamento é excelente

e provoca muito menos lágrimas. São necessárias algumas sessões para o resultado final, que no entanto não vai ser tão bom quanto o do tratamento agressivo.

E finalmente chegamos ao Fraxel, um intermediário entre os dois tipos de tratamento já citados. Ele surgiu de uma descoberta interessante: fazendo uma agressão potente, mas que atinge pontos microscópicos da pele, espalhados pela área de tratamento, o resultado final é muito bom. Para compreender o que significa atingir a pele em pontos isolados, pense em um cano jorrando água. Isso é o laser "comum". Agora, visualize um chuveiro. Isso é o Fraxel. Ele atinge nossa pele em milhares de pontinhos microscópicos, muito mais finos que um fio de cabelo, mas agressivos. Cada pontinho de agressão penetra profundamente da pele, criando colunas de pele tratada entremeadas a áreas de pele sã. O médico seleciona a profundidade da penetração na pele e a densidade da agressão.

Observou-se que a agressão salteada da pele faz com que o corpo, através de um mecanismo de cicatrização e reparo de feridas, produza colágeno. Com isso, a pele por inteira fica mais firme e rugas são apagadas. A agressão salteada também elimina células envelhecidas. Manchas de idade melhoram e a pele rejuvenesce, fica mais macia, mais uniforme e mais tensa. O tratamento também suaviza cicatrizes de acne. Isso tudo com a vantagem de uma recuperação rápida. O Fraxel pode ser aplicado em qualquer local da nossa pele, como rosto, pescoço, colo, braços ou mãos.

Para um bom resultado são necessárias de três a cinco sessões, com intervalos de duas a quatro semanas. Há sensação de queimação por poucas horas, a pele fica inchada por um dia, e avermelhada por menos de uma semana. Nada parecido com o sofrimento causado pelos laseres mais agressivos. E, comparando com os mais suaves, o resultado em relação à suavização das rugas e firmeza da pele é melhor.

Para começarmos a falar do raio laser na medicina, temos que ressaltar a o bisturi-laser, que é a ferramenta de maior importância no uso do laser na medicina.

Existem algumas vantagens em se utilizar bisturis a laser. Uma delas é que, com seu calor, cauteriza imediatamente o corte, resolvendo assim os problemas da hemorragia e da infecção. Mas não existem aparelhos laser tão reduzidos que possam ser dirigidos manualmente com facilidade.

Devido a isso, constrói-se o bisturi adaptando-se a um laser fixo um dispositivo que dirige seu feixe luminoso para a região desejada. O raio é introduzido em um braço provido de vários dobramentos que permitem rodá-los em vários sentidos diferentes. O conjunto pode, por isso, ser esticado ou dirigido à vontade, apesar de ser composto por partes rígidas. O aparelho assim comprido tem certa semelhança com os braços dos motores usados por dentistas.

Em cada dobra existe um prisma P, que efetua o desvio do feixe, para conduzi-lo na direção correta. Ele chega, assim, a uma espécie de empunhadura que está na mão do cirurgião. Nela existe um sistema óptico que concentra o raio laser de modo a aumentar sua intensidade e possibilitar finos cortes.

O efeito do laser de baixa potência no uso médico como, por exemplo, no tratamento para diminuição do Edema esta em teste com grandes sucessos.

O processo inflamatório é uma resposta dos organismos vivos a estímulos lesivos exógenos(agentes infecciosos,traumas físicos ou químicos) ou endógenos(imunológicos,neurológicos) com a finalidade de reconstruir a estrutura e a função do tecido ou órgão afetado.Em busca de alternativas por método não invasivo para a redução de edemas provocados por traumas físicos ou químicos utilizamos como cobaias Hamsterespecificamente criados em laboratórios para fins de pesquisas.O objetivo deste trabalho de pesquisa visa observar os efeitos da aplicação de Laser de Baixa Potência na redução de edema induzido em patas de camundongos.No processo de indução do edema, utilizou-se a carregenina e o Laser He-Ne (LED) de baixa potência(4W).As avaliações feitas durante o período de observações foram totalmente positivas e os resultados obtidos dentro das expectativas esperadas.

Aplicação militar

Nas aplicações militares de alto custo utiliza-se o laser denominado: laser neodímio ou laser dióxido de carbono. Tais "laseres" são utilizados para localizar alvos a longa distância, tais como satélites espiões e orientar mísseis balísticos de defesa, em virtude do seu alto poder e emissão de feixes.

Nas aplicações de baixo custo temos a mira laser de emprego individual que utiliza um laser de baixo custo, utilizadas em arma de pequeno calibre (geralmente as portáteis ou de porte), que recebe a denominação de diodo laser, ou seja, um semicondutor alimentado por uma fonte de energia que produz pelo menos 100 mW. Exemplo disto seria um pequena bateria de relógio de pulso.

Dentre os laseres já construídos, aqueles que utilizam o gás carbônico como material emissor, apresentam maior potência e emissão contínua. Quando concentrado por meio de lentes, o feixe de radiação infravermelha produz altíssimas temperaturas, e, por isso, pode ser utilizado no corte ou na soldagem de metais. Além disso, pode servir de arma de longe alcance - o "Raio da Morte" - que durante tanto tempo foi apenas um tema de ficção científica. Os laseres de gás dinâmico, possibilitam o alcance de alvos aéreos a uma distância de até três quilômetros. Mas as aplicações militares são limitadas, pois os feixes de alta potência são desfocalizados ao atravessar o ar.

Aplicação na odontologia

O laser no lugar da broca, desenvolvido no Ipen, o laser de hólmio foi capaz de fazer perfurações no dente sem carbonizar ou trincar a dentina, camada situada logo abaixo do esmalte.

As perfurações feitas no dente pelo raio desse laser, que tem como meio ativo um cristal de fluoreto de ítrio lítio, combinado com a terra rara hólmio, têm diâmetro de

230 mícrons (o mícron é a milésima parte de 1 milímetro ), e alcançam 3 milímetros de profundidade." (SIQUEIRA, 1994, p. 34).

O laser entrou nas clínicas odontológicas apenas em 1990. O tipo mais usado nos tratamentos clínicos é o laser de baixa potência, pois tem ação analgésica, antiinflamatória e bioestimulante, contribuindo para a regeneração dos tecidos. Nessa área, é aplicado no tratamento de aftas e herpes labiais, incisões ou remoções de tumores e lesões, vaporização de tecidos em operações plásticas e tratamentos gengivais e como adjuvantes de outros procedimentos clínicos, como tratamento de canal.

Apesar de o laser de baixa potência ter inúmeros contribuições para seu uso, os maiores avanços e potenciais de aplicação, entretanto, concentram-se nos lasers de alta potência, como o de hólmio, capaz de tornar mais rápido o tratamento e a recuperação do paciente, com menos traumas e dores.

O laser, também na área de odontologia, é usado na esterilização, perfuração de certos tipos de cáries; como fixador de substratos, na confecção de dentaduras, etc.

Equipamentos utilizados em Shows:

Tipos de Equipamentos:

- Raio Laser de Média Potência Colorido (Especial)

É um sistema indicado para ambientes internos ou externos de média capacidade.

- Raio Laser Verde, Azul, Cyan, Violeta ... de Alta Potência (Especial)

É um sistema que possui uma performance e resolução final otimizada, além de alguns efeitos e recursos diferenciados, indicado para ambientes externos (ao ar livre) ou grandes ambientes internos.

- Raio Laser Verde, Azul, Cyan, Violeta ... de Média Potência (Convencional)

É um sistema indicado para ambientes internos de médio porte.

Aplicação na indústria

Industrialmente, os laseres de impulsos são também utilizados na produção de pequenos orifícios em materiais muito duros ou de elevado ponto de fusão, como o aço e os diamantes. O processo é muito rápido, e não altera o material em torno do orifício.

Outras aplicações

Outro campo promissor de emprego do laser é o da fusão termonuclear, que consiste na união de núcleos atômicos leves para produzir um núcleo mais pesado. Neste

processo pode haver um grande desprendimento de energia. A fusão termonuclear é empregada nas bombas nucleares de hidrogênio.

Procura-se atualmente, desenvolver um método de fusão controlado, não explosivo, para ser utilizado em reatores. Talvez o processo possa ser utilizado em reatores. Talvez o processo possa ser iniciado fazendo incidir um intenso pulso de laser sobre uma pequena gota de deutério líquido, elevando-lhe a temperatura amais de 10.000.000 º C. Essa temperatura pode então atirar os átomos uns contra os outros com velocidade suficiente para que ocorra a fusão de seus núcleos.

Existem também aplicações do laser, que, ao invés de utilizar sua potência e intensidade, vale-se de suas propriedades de coerência luminosa. Um exemplo, ainda apenas ao nível de projeto, é seu emprego nas telecomunicações. Por sua natureza coerente e por possuir um único comprimento de onda, a radiação do laser se assemelha a se transmissor de rádio. Se forem desenvolvidas técnicas eficientes de superposição de sinais aos feixes de laser, a luz poderá ser utilizada para o envio de mensagens a grandes distâncias. As vantagens principais em relação às microondas seriam: grande dirigibilidade, que permitiria gastar menos potência; e alta freqüência, que possibilitaria o envio simultâneo de maior numera de comunicações. Mas há dificuldades graves que impedem, atualmente, o emprego do laser nas telecomunicações: sua baixa confiabilidade, e a influencia das condições atmosféricas que perturbariam o feixe luminoso. Um dos projetos realizados no sentido d evitar essas dificuldades prevê o envio do feixe através dos longos tubos ou fibras de vidro muito finas. A comunicação por laser não se concretizou ao não ser em caráter experimental.

Outra técnica que utiliza a coerência e a monocromaticidade do feixe laser é a holografia. Ë um técnica fotográfica que permite produzir imagens com aparência tridimensional. Também é possível, por meio de holografia, armazenar um único pedaço de filme fotográfico a uma vasta quantidade d informações, que podem ser recuperadas pela iluminação do filme com a luz do laser. Essa técnica poderia substituir o arquivamento de informações em microfilmes, permitindo maior aproveitamento do material fotográfico. O processo holográfico de armazenamento de informações poderia ser aplicado as memórias de computadores; mas, em virtude de outros desenvolvimentos, a idéia foi provisoriamente abandonada.

Aplicações na ciência e na tecnologia

Aplicação aeroespacial

Cientistas brasileiros estão desenvolvendo uma nova tecnologia na área espacial: a propulsão a laser. Uma fonte aqui na Terra dispara um feixe de laser que atinge o foguete. Esse foguete, então, decola, sem precisar levar combustível. O projeto é coordenado por pesquisadores brasileiros, que trabalham em parceria com cientistas americanos.

No vídeo ao lado, uma simulação mostra como será o lançamento do primeiro foguete não tripulado movido a laser. De uma base na Terra, serão emitidos feixes do raio que vão aquecer o ar, provocar uma explosão e empurrar o veículo para cima.

As experiências para transformar em realidade o que por enquanto é só uma simulação de computador estão sendo feitas em um laboratório da Aeronáutica em São José dos Campos (SP). A propulsão a laser pode deixar a viagem ao espaço mais barata.

Os EUA, parceiros do projeto, forneceram as fontes de laser. A luz segue por uma tubulação preta até o túnel de vento, que suporta temperaturas e pressão extremas. Lá dentro ocorre a explosão que vai mover a aeronave.

Pesquisas com propulsão a laser também são feitas por outros países, como Estados Unidos e Japão, mas essa é a primeira vez que a tecnologia é testada dentro de um túnel de vento, equipamento que simula todas as condições de um voo até o espaço.

Sem precisar levar combustível, o foguete poderá carregar até 50% de seu peso em carga, no caso, satélites. Hoje a carga pode chegar a no máximo 5% do peso do foguete. Os 95% restantes correspondem à estrutura e ao combustível.

“Atualmente, para se colocar 1 quilo em órbita custa US$ 20 mil. Com essa tecnologia, se espera que o custo seja reduzido para US$ 200“, explica o diretor do Instituto de Estudos Avançados, coronel Marco Antônio Minucci.

Os pesquisadores também estão desenvolvendo um foguete ultrasônico, movido a hidrogênio. Ele será chamado de 14 xis em homenagem ao 14 bis.

Novas descobertas na ciência

Laseres ultraintensos são muito promissores para o aperfeiçoamento de ferramentas científicas como a espectroscopia atenuada induzida por laser (LIBS, na sigla em inglês) e como auxiliar na compreensão da física atômica, molecular, de plasma e na óptica. A grande intensidade desses laseres ─ atribuída aos rápidos, mas potentes pulsos de energia que emitem ─, entretanto, é uma barreira que os cientistas precisam vencer para poder compreendê-los e caracterizá-los melhor.

Pesquisadores da University of Arizona, em Tucson, e da University of Central Florida, em Orlando, relataram na revista Science, em abril, ter encontrado uma maneira de curvar um feixe de laser pulsado de alta intensidade, uma descoberta que, certamente, os ajudará a entender melhor o comportamento de pulsos ultra-intensos e a encontrar novas aplicações tecnológicas.

“As pessoas esperam que os laseres se comportem de certa forma, como se propagar em linha reta,” observa Pavel Polynkin, pesquisador-chefe e professor associado do College of Optical Sciences da University of Arizona. “O fato de um raio laser se curvar é realmente incomum.”

Polynkin e seus colegas foram os primeiros a relatar a curvatura de um raio laser pulsado. Entretanto, o grupo de cientistas da University of Central Florida ─ incluindo os coautores do estudo, Demetri Christodoulides e Georgios Siviloglou ─ apresentou, em novembro de 2007, um feixe de laser contínuo (ou de fluxo constante) que se curvava ligeiramente, contrariando a ideia de que laseres só se propagam em linha reta.

Os pesquisadores da University of Central Florida deram ao conjunto de formas de onda que compunham esse laser curvo o nome de feixe de Airy, em homenagem ao matemático e astrônomo George Biddell Airy, que nos anos 1820 foi pioneiro em estudos relacionados à ciência do arco-íris.

Em vez de usar um raio laser de fluxo contínuo, Polynkin e sua equipe usaram um laser de alta intensidade que emitia rajadas rápidas de pulsos, também chamadas de “projéteis de luz,” com duração de apenas 35 femtossegundos (um femtossegundo equivale a um milionésimo de bilionésimo de um segundo). Ao sair do laser, esses projéteis são circulares (cerca de um centímetro de diâmetro) e achatados (cerca de 10 micrometros de espessura), conforme a duração dos pulsos. São semelhantes a moedas de um centavo, embora muito mais finas e se propagam à velocidade da luz. Os pesquisadores alteraram o perfil desses pulsos usando uma fina placa de vidro com espessura variável específica. “As mudanças de fase introduzidas pela placa transformam os projéteis arredondados em um feixe de Airy, de forma triangular,” explica Polynkin.

Pelo fato de os pulsos serem extremamente intensos, eles ionizam o ar por onde passam deixando um rastro luminoso de plasma. Cada projétil se transforma em um bloco de energia eletromagnética concentrada, que se propaga segundo uma trajetória curva deixando um canal de plasma atrás de si. No entanto, o feixe que se curva tem limitações ─ os projéteis se desviam da linha reta, no máximo, até uma distância igual ao diâmetro do feixe. “Por exemplo, se o feixe tiver um centímetro de diâmetro ele não se curvará mais que um centímetro,” esclarece Polynkin.

Embora não seja uma curvatura considerável, o desvio é suficiente para permitir que os cientistas obtenham uma distribuição detalhada da radiação produzida pelos projéteis ao longo de suas trajetórias. Quando pulsos se propagam em linha reta, a radiação produzida em diferentes pontos ao longo do percurso do feixe se superpõe, e esses padrões superpostos são difíceis de serem observados.

“Nós, realmente, ainda não entendemos estrutura dos feixes de laser, e isso é muito importante” avalia o coautor do estudo, Jerome Moloney, diretor do Centro de Ciências Matemáticas da University of Arizona. “O mais intrigante é que ninguém espera ver a luz se desviar de sua trajetória.”

Assim que os pesquisadores entenderem melhor como os pulsos de laser ultraintensos se propagam, poderão aproveitá-los com maior eficiência. Uma ideia é disparar um pulso laser em uma nuvem de tempestade para atrair relâmpagos, e usar o canal de plasma formado pelo rastro do laser para afastar descargas elétricas de residências e linhas de transmissão de energia. Outra possibilidade seria empregar laseres de alta

intensidade como fontes remotas de iluminação em estudos espectrográficos de poluentes na alta atmosfera.

Uso do laser na arqueologia

Arqueólogos e restauradores de arte, usando a nova tecnologia a laser, descobriram o que acreditam ser as pinturas mais antigas dos rostos dos apóstolos de Jesus Cristo. As imagens encontradas em um ramal das catacumbas de Santa Tecla, perto da Basílica de São Pedro, do lado de fora das muralhas da Roma antiga, foram pintadas no fim do século 4 ou início do século 5.

Os especialistas acreditam que essas imagens podem estar entre as que mais influenciaram os retratos feitos por artistas posteriores dos mais importantes entre os primeiros seguidores de Cristo. Os ícones de rosto inteiro incluem as faces de São Pedro, Santo André e São João, que fizeram parte dos 12 apóstolos originais de Jesus, e São Paulo, que se tornou apóstolo após a morte de Cristo.

São as primeiras imagens que conhecemos dos rostos desses quatro apóstolos, segundo o professor Fabrizio Bisconti, diretor de arqueologia das catacumbas de Roma, que pertencem ao Vaticano e que são administradas por ele.

Os afrescos eram conhecidos, mas seus detalhes vieram à tona durante um projeto de restauração iniciado dois anos atrás e cujos resultados foram anunciados nesta terça-feira em coletiva de imprensa. As pinturas possuem as mesmas características de imagens posteriores, como a testa enrugada e alongada, a cabeça calva e a barbicha pontuda de São Paulo, o que indica que podem ter sido as imagens nas quais os retratos posteriores se basearam.Os quatro círculos, com cerca de 50 centímetros de diâmetro, estão no teto do local do sepultamento subterrâneo de uma mulher nobre que se acredita que tenha se convertido ao cristianismo no fim do mesmo século em que o imperador Constantino legalizou a religião.

Impactos produzidos

Concentrei-me em alguns dos impactos futuros sobre a ciência como a tecnologia laser se desenvolve. Antecipando-se alguns aspectos do desenvolvimento do laser no futuro de como ira mudar nossas vidas.

Para a medicina, um dos desenvolvimentos mais importante é que os lasers cada vez mais se tornarnam uma ferramenta crucial para vários tipos de operações, por exemplo cérebro delicado. Laser cirurgia ocular quase que inteiramente pode substituir a necessidade de óculos ou lentes de contato. Reformulação da córnea com luz laser para corrigir a miopia é agora um procedimento bem estabelecido No futuro, poderemos até antecipar para que usarem laser para remodelar o olho humano, em primeiro lugar através de um feixe de laser para encontrar o problema e fazer medições de alta precisão que serão analisadas em um computador, que Dara informações, para então ser utilizados para um segundo laser que será programado para fazer as correções.

Lasers poderam ajudar a proporcionar novas fontes de energia. O National Ignition Facility (NIF) do Laboratório Lawrence Livermore é um dispositivo de demonstração ambicioso que usa 192 lasers poderosos para aquecer e comprimir uma pequena quantidade de combustível de hidrogênio até o ponto onde as reações de fusão nuclear ocorram. NIF começou recentemente seu programa experimental e tem o objetivo de alcançar a "ignição", onde ele irá produzir mais energia do que foi usado para iniciar a reação.

Finalmente, lasers vão continuar a mudar a forma como trabalhamos. A próxima revolução dos computadores será possivelmente o desenvolvimento de computadores ópticos. Os lasers já são usados com o computador para ler, escrever e gravar dados, mas no futuro lasers podem substituir os fios, conexões, circuitos, tornando os computadores ainda menores e mais rápidos. Naturalmente, os mesmos avanços irão aumentar o poder e reduzir o tamanho dos dispositivos portáteis de hoje, onde é difícil imaginar todas as aplicações que teremos ao nosso alcance.

Uma tecnologia emergente que está começando a receber muita publicidade é a televisão 3-D, onde os produtos iniciais já estão aparecendo. No futuro, pode-se facilmente imaginar computador laser avançados que levarão à prática tridimensionais filmes holográficos que podem ser assistidos sem óculos especiais. televisão holográfica provavelmente vai surgir, mas muita informação é necessário para formar as imagens holográficas, o que vai exigir um grande aumento da largura de banda para a casa antes que isso possa ser realizado.

O laser é o moderno garoto-propaganda para o valor incontestável das principais pesquisas. Ninguém tinha idéia do impacto que o laser teria 50 anos atrás, quando foi primeiramente demonstrada por Maiman, no Laboratório de Pesquisas Hughes. Agora, o laser é uma das nossas mais importantes e alta tecnologia motores económicos, é permitir novas gerações de ciência, e está fornecendo novas ferramentas para a medicina e talvez até mesmo novas fontes de energia. E, como se isso não bastasse, o laser continua a mudar a nossa vida quotidiana de uma forma que dificilmente reconhecíveis.

Efeitos do trabalho na aprendizagem

Na qualidade de vidaPodemos esperar da evolução do laser muito ainda mais nos próximos anos. Claro, sem dúvida, alguns dos mais importantes desenvolvimentos futuros não foram sequer pensados ainda. No entanto, é evidente que a evolução de novos lasers vão continuar a ter um impacto em nossas vidas de maneiras novas e emocionantes, tanto pela abertura de novas oportunidades científicas e na criação de novas aplicações para nossa vida cotidiana.

Uma possivel evolução é o combustível abundante da fusão a laser dirigido, poderia abastecer o mundo com um abundante suprimento de combustível, efetivamente ilimitados. A segurança energética, como a combustível exigido para a população mundial está prontamente disponível, em água do mar. Energia limpa da fusão laser-driven não produz gases do efeito estufa emissões e, portanto, tem um baixo impacto

ambiental. Além disso, ao contrário das estações de energia nuclear, não há radioactividade de longa duração, assim redução dos riscos a saúde. Criação de postos de trabalho e a progressão da fusão laser-driven, a partir de prova de princípio, a exploração comercial, exigirá uma combinação de especializadas instalações e conhecimentos científico considerável.

A construção do Hiper, a proposta de European High Power laser Energy Research tem facilidade para demonstrar a viabilidade da laserdriven fusão, pois geraria enorme economia, benefícios tanto a nível nacional até internacional. Estes incluem a criação de emprego e à capitalização dos emergentes com trocas de tecnologias

A mudança climática

As alterações climáticas e a má qualidade do ar são os principais desafios em um mundo onde só aumenta a industrialização e urbanização. Compreender e monitorar a atmosfera da Terra é de importância crucial. Observar a atmosfera, do espaço, pode proporcionar uma visão global da composição da atmosfera e processos. Um projecto de investigação inovador, financiado pelo Natural Environment Research Council, o chamado laser Heterodyne Radiometer (LHR) envolveu o desenvolvimento de um instrumento protótipo que poderia ser o precursor de uma nova geração de satélites baseado em instrumentos de monitoramento de infravermelhos. O LHR foi desenvolvido para fornecer uma combinação única de alta espacial resolução (para localizar fontes de emissão de gases poluentes e de observar entre nuvens), de alta resolução espectral (a discriminar entre os tipos de gases), e alta sensibilidade para detectar o mais ínfimo concentrações atmosféricas de constituintes. Desenvolvido para observação da Terra por uma equipe de cientistas do STFC nas colaboração com parceiros, um instrumento LHR protótipo recentemente foi demonstrado com sucesso em 'O Rutherford Appleton Laboratory' através de medições terrestres do ozônio atmosférico, e é agora esta sendo desenvolvido para acompanhar outros importantes gases atmosféricos.

As nuvens são consideradas como tendo um impacto substancial sobre a mudança climática por causa de seu papel tanto na absorção de e refletindo o calor transferido através de a atmosfera.Poluentes como os compostos orgânicos produzidos quando combustíveis fósseis são queimados. Acredita-se que afetam a formação e crescimento de gotas de água nas nuvens. Os cientistas que trabalham na STFC têm sido capazes de ganhar uma visão sobre as reações químicas ocorrendo nas superfícies de gotículas de nuvem em a atmosfera. experiências típicas envolvem pulverização de uma névoa de partículas em um modelo "Câmara de nuvem" e através de um microscópio focalizar um raio laser nele. Uma das gotículas finalmente encontra seu caminho para o centro da feixe de laser e é mantido em posição através da campo de pressão intensa luz do laser, que age como "pinças ópticas". Análise de laser luz espalhada pelas gotículas sustenta a desenvolvimento de complexos modelos computacionais de a atmosfera e contribui para melhorar nossa compreensão da mudança climática.

Conclusão

O nosso trabalho consiste em demonstrar de certo modo, os modelos, as aplicações, os pontos negativos, positivos, desse fenômeno que esta presente em nosso dia a dia, conhecido com Laser.

O laser esta presente em nosso dia a dia, como descrito acima de varias maneiras. Citando alguns exemplos, temos, do simples movimento de um mouse que usamos em nossos computadores, ou nos leitores de cartões que usamos a todo momento, nas agencias bancárias e lojas especializadas. Está presente em partes do mecanismo do carro particular que andamos, e também dos Transportes urbanos, como Ônibus na leitura do cartão. Existem formas avançadas de utilização desse material como será descrito ao decorrer de nosso trabalho. Depois de visto este projeto de apresentação do processo, poderemos imaginar a quantidade de processos relacionados que necessitam do Laser. Desde simples componentes eletrônicos para os quais nem damos tanto valor, quanto para o lançamento de um Foguete que usa a Propulsão a Laser.

Felizmente, hoje em dia é possível se adquirir por preços bem acessíveis uma caneta-laser e vários outros artefatos tecnológicos que permitem introduzir na sala de aula novos enfoques. Além disso, é possível se construir uma série de modelos e protótipos de dispositivos e equipamentos que ilustram os princípios e suas aplicações práticas. Bibliografias usadasInternet links:

ENSINANDO FÍSICA MODERNA NO SEGUNDO GRAU: EFEITO FOTOELÉTRICO, LASER E EMISSÃO DE CORPO NEGROhttp://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/viewFile/6896/7584

Lasers in Science and Industry:http://www.aboutastra.org/cvd/pdf/LaserFestReport_15june2010.pdf

http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica13.htm

50 Anos do laser:http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=39897&op=all

Science and Technology Facilities Council:http://www.stfc.ac.uk/resources/pdf/lasers50.pdf

http://pt.shvoong.com/law-and-politics/1688322-efeitos-laser-baixa-pot%C3%AAncia-ne/

Reportagem UOL:http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/laseres_de_alta_intensidade_surpreendem_cientistas_3.html

Wikipédia laser diodo:http://pt.wikipedia.org/wiki/Laser_d%C3%ADodo

Livros : Laser Beam Shaping Applications Optical Science and Engineering - Fred M. Dickey Laser e Suas Aplicações em Ciência e Tecnologia – Vanderlei Salvador Bagnato