A invenção do laser completa cinquenta anos

Credits: NASA/David C. Bowman

Celso Luis Levada e Miriam de M. O. Levada

publicado em 31/03/2010 como <www.partes.com.br/emquestao/invecaodolazer.asp>

RESUMO

A palavra laser é um acrônimo do inglês “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, o que significa amplificação da luz pelo efeito da emissão estimulada da radiação. Einstein (1917) foi quem primeiramente elaborou a teoria do processo chamado Emissão estimulada de radiação, o fundamento cientifico associado. Antes do laser, Townes (1954) inventou o Maser, que significa amplificação de microondas pela emissão estimulada da radiação e tem o mesmo princípio de funcionamento. O físico Theodore Maiman (1960) construiu o primeiro laser funcional nos laboratórios Hughes, introduzindo uma tecnologia atualmente usada em muitos dispositivos modernos de armazenamento de dados.

Palavras chaves: Emissão estimulada, feixe coerente, estado excitado

ABSTRACTS

The name LASER is an acronym for Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation. Einstein (1917) theorized about the process which makes lasers possible called Stimulated Emission. Before the Laser, Townes (1954) there was invented the Maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation) with the same principle. Theodore Maiman (1960) demonstrated the first functional laser at the Hughes Research Laboratories, introducing a technology applied mostly used for data storage.

Keywords: Stimulated Emission , excited state, coherent beam.

 

INTRODUÇÃO

Este artigo faz algumas considerações históricas sobre o surgimento do Laser e suas aplicações, bem como contextualiza as novas possibilidades para a educação. O trabalho tem como objetivo enaltecer o feito de Charles Townes e Theodore Maiman desenvolvidos no período de 1958 a 1960 por ocasião da descoberta do Laser. Outro objetivo é apresentar as principais características do laser, mostrando a sua utilização na vida prática que em 2010 completa 50 anos . MENDONÇA (1998) menciona que as novas características da luz gerada pelo laser encontraram tantas aplicações na Biologia possibilitando e facilitando pesquisas inéditas, impossíveis sem usar essa técnica. Ele diz, ainda, que “o laser propiciou o mapeamento de regiões adequadas para a agricultura, na Engenharia Genética, progressos na farmacologia, medições precisas na Botânica, automatização de processos na indústria, estudos da manipulação do DNA, entre outras coisas . Atualmente ele também está em computadores, aparelhos de som, consultórios médicos, odontológicos e laboratórios de Ciências”.

O QUE É O LASER?

A emissão estimulada de radiação é causada pela presença de um fóton indutor de energia interagindo com um átomo em seu estado excitado, resultando na liberação de dois fótons induzidos. O laser é um tipo de luz com propriedades especiais. Seu feixe não se espalha, como a luz comum, e não sofre oscilações, sendo por isso chamado de coerente. É monocromático, ou seja, tem uma única frequência de luz, correspondendo a uma dada cor. Existem diversos tipos de Lasers que podem ser classificados em duas categorias: os lasers de baixa densidade de potência e os lasers de alta densidade de potência ou cirúrgicos.

BRUGNERA JR (1998) considera que a historia do laser começou em com a publicação do artigo sobre a Teoria Quântica da Radiação de Einstein (1917), onde propôs-se o conceito de emissão estimulada. Ele calculou que os fótons, as partículas de luz, são capazes de estimular certos átomos a gerar energia luminosa de forma coerente. Einstein publica um estudo onde afirma que os fótons, ao incidir sobre átomos, podem fazê-los produzir uma grande quantidade de luz. É o princípio do laser.

Os antecedentes da construção do laser TOWNES (1954) criou o maser, cujo princípio é o mesmo do laser, mas em vez de luz visível gera microondas . Posteriormente, TOWNES E SCHAWLOW (1958) publicam um artigo onde demonstram que é possível usar o princípio do maser para produzir luz visível, porém, essa contribuição foi apenas teórica. O experimento que ratificou a proposta de Townes e Schawlow foi realizado e patenteado por MAIMAN (1960) que anunciou na revista Nature a construção e funcionamento do primeiro laser cujo meio ativo era um cristal de rubi.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

BAGNATO (2001) descreve sucintamente o funcionamento do Laser :

“Antes de iniciar-se a ação do laser, é preciso que tenhamos a maioria dos átomos com elétrons em seus estados excitados. Para que os elétrons saltem para seus níveis mais energéticos, é preciso fornecer energia, por meio de uma fonte externa cuja obrigação é produzir estados excitados, a fim de que nos decaimentos haja produção de luz. Quando a maioria dos átomos apresenta elétrons no estado excitado, dizemos que ocorreu uma inversão de população. Outra parte importante do laser é a cavidade ótica ou ressonadora, que tem a função de fazer com que os fótons que emergem do sistema voltem para ele, produzindo mais e mais emissão estimulada. Isso é feito por meio de espelhos que são colocados nas extremidades dessa cavidade e provocam a reflexão dos fótons de volta à amostra, produzindo mais emissão estimulada, até que todos tenham decaído. Uma porção dessa luz emerge para fora do sistema, constituindo o feixe da luz laser “ .

TIPOS DE LASER

Os pesquisadores do tema desenvolveram três tipos de laser de acordo com o estado de agregação do meio ativo: laser a gás, como hélio, neônio, argônio e dióxido de carbono, laser líquidos, como os de corante Rhodamina e laser de estado solido como o de rubi e semicondutores

O LASER NO BRASIL

No Brasil, os cientistas Rogério Cerqueira Leite e Sergio Porto foram os primeiros a utilizar lasers para estudar várias propriedades de materiais. O físico Sergio Pereira Porto foi responsável pela introdução do laser no Brasil, quando atuava na Unicamp, universidade pioneira no país nas pesquisas com a tecnologia . O Brasil estuda e produz uma variedade de lasers de aplicações diversificadas, que vão da medicina, à genética, à arte, à indústria, à informática. O Laboratório Especial de Laser em Odontologia , por exemplo, é referência no que tange aos estudos, pesquisa e clínica de Laser em Odontologia no país(WALKER LINS 2006).

Por outro lado, um dos grandes avanços na área médica no século passado foi o desenvolvimento dos aparelhos de laser. A aplicação dos diferentes tipos de lasers possibilitou uma grande alteração nos procedimentos médicos, fisioterapêutico e odontológicos pois, proporcionou uma grande redução do tempo de duração das cirurgias, no tempo de recuperação dos pacientes, nas complicações pós-operatórias, na redução de edemas (MARTINS 2009).

CONCLUSÃO

O laser tornou-se instrumento indispensável na Ciência, Tecnologia e indústria por apresentar características especiais como coerência, direcionalidade, monocromaticidade e polarização de forma que adquiriu versatilidade no estudo e manipulação de estruturas até então inacessíveis.

Diante das dificuldades relacionadas ao processo de ensino-aprendizagem de Ciências, que acabam inclusive por desmotivar os alunos ao estudo, a busca de novas metodologias e processos de ensino é fundamental. Assim, o estudo de Ciências a partir do exemplo do Laser é um modo de produzir um ensino interdisciplinar e contextualizado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BAGNATO, V.S. , Os Fundamentos da Luz Laser; A Física na Escola. Vol. 2 , nº 2 – Outubro, 2001

BRUGNERA JÚNIOR, A.; PINHEIRO, A. L. B. Laser na odontologia moderna. 1.ed., São Paulo, Pancast, 1998.

ENCICLOPÉDIA DELTA UNIVERSAL, Rio de Janeiro, Editora Delta S.A., 9, 4725 (1986)

MARTINS, R. L. Sociedade Brasileira de Cirurgia, disponível no site www.sbccp.org.br/noticias_193.php, acessado em 10/12/2009

MENDONÇA, P. E. M. F. Revista Brasileira de Ensino de Física , 1998

*Celso Luis Levada – Professor de Física da AFA

*Miriam de M. O. Levada – Professora de Biologia da Uniararas

miriamlevada@ uniararas.br

 

 

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