O laser é outra grande invenção da humanidade desde o século 20, depois da energia nuclear, dos computadores e dos semicondutores. É conhecida como “a faca mais rápida”, “a régua mais precisa” e “a luz mais brilhante”. Em 16 de maio de 1960, o físico americano Theodore Maiman inventou o primeiro laser do mundo. Pela primeira vez, a humanidade teve acesso a uma fonte de luz tão milagrosa com excelente monocromaticidade, alta colimação e alta densidade energética. Desde a invenção do primeiro laser em 1960, os lasers têm sido amplamente utilizados em comunicações, medicina, produção industrial, armas militares e outros campos, tornando-se uma tecnologia interdisciplinar-de uso geral-que teve um tremendo impacto na pesquisa em muitas áreas e promoveu a melhoria da eficiência da produção social. Então, o que exatamente é um laser? E como é produzido?
Laser é um acrônimo para "Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação", que significa amplificação de luz causada por emissão estimulada de radiação. Quando esta tecnologia foi introduzida na China em 1964, o Sr. Qian Xuesen cunhou este nome para ela. No uso popular, também tem um nome transliterado bastante impressionante, “leishe”. Antes de entender os lasers, vamos primeiro ver o que é a luz.
A luz é produzida por fótons. Em 1905, Albert Einstein introduziu pela primeira vez o conceito de fótons em seu artigo sobre o efeito fotoelétrico. Os fótons são uma das partículas fundamentais que constituem a matéria. Os fótons são extremamente pequenos e não têm massa quando em repouso. De acordo com os princípios da mecânica quântica, quando um elétron cai de uma camada externa de energia-mais alta para uma camada interna de energia-mais baixa, o núcleo atômico correspondente libera um fóton, produzindo assim luz. Quanto maior o número de camadas pelas quais o elétron passa, maior será a energia do fóton. Este processo é reversível; quando um fóton é incidente, o núcleo atômico absorve o fóton, e o elétron, tendo ganhado energia, se move de uma camada interna de-energia mais baixa para uma camada externa de-energia mais alta.
A característica de um laser é que todos os seus fótons se movem juntos com o mesmo comprimento de onda e fase. Num sistema atômico, os elétrons se movem essencialmente em camadas. Quando um átomo é afetado por seu ambiente externo e os elétrons de alta{2}}energia fazem a transição para níveis de energia mais baixos, ocorrem dois fenômenos: "emissão espontânea" e "emissão estimulada". Os lasers são produzidos através de emissão estimulada. Simplificando, um laser é a “radiação luminosa” emitida quando os átomos de uma substância são “excitados” por uma “fonte de bombeamento” específica.
Um laser é um dispositivo que gera luz laser, composto principalmente por uma fonte de bomba, um meio de ganho e uma cavidade ressonante. A fonte da bomba é a fonte de excitação do laser, fornecendo energia aos elétrons de baixa-energia para excitá-los a níveis de energia mais elevados. Fontes de bomba comuns incluem excitação óptica, excitação de descarga de gás, excitação química e excitação de energia nuclear. A cavidade ressonante é o circuito entre a fonte da bomba e o meio de ganho, geralmente constituído por dois espelhos com formas geométricas específicas e características de reflexão óptica combinadas de uma forma particular. Isso permite que a luz excitada viaje para frente e para trás várias vezes dentro da cavidade, formando oscilações coerentes e sustentadas que são amplificadas e também limitando a frequência e a direção do feixe de luz. O meio de ganho refere-se ao meio de trabalho que amplifica a luz.
Desde que Einstein propôs a emissão estimulada em 1917, os cientistas passaram 43 anos de exploração incansável antes de finalmente criarem o primeiro laser do mundo em 1960. O cientista Maiman, do Hughes Research Laboratories, na Califórnia, usou uma lâmpada de flash de alta-intensidade para iluminar um rubi, excitando os átomos de cromo dentro do rubi para emitir luz vermelha. Ao perfurar um buraco na superfície do rubi, que foi revestido com um espelho reflexivo, a luz vermelha poderia escapar por esse buraco, produzindo um feixe estreito e altamente concentrado de luz vermelha. Quando esse feixe fosse direcionado para um ponto, poderia atingir temperaturas superiores à superfície do sol. Assim nasceu o primeiro laser do mundo-o laser de rubi-, com comprimento de onda de 0,6943 micrômetros. Este foi o primeiro raio laser já produzido pela humanidade.
