Post on 18-Apr-2015
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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!