Como funciona o laser

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Introdução
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Os lasers estão em toda parte, numa grande variedade de produtos e tecnologias. Aparelhos de CD, brocas de dentista, máquinas de corte de metal ultra-velozes e sistemas de medição usam lasers. Mas o que é um laser? E o que faz um raio laser ser diferente do facho de luz de uma lanterna?
Neste artigo você aprenderá tudo sobre laserspara conhecer melhor essa tecnologia fascinante!

Foto cedida pela NASAA estação de testes de Limiar de Danos Óticos, do Centro de Pesquisas da NASA, em Langley, tem três lasers: um laser pulsado de alta energia de Nd: Yag, um laser de Ti: safira e um laser  de HeNe para alinhamento |

O básico sobre um átomo
Existem cerca de cem tipos diferentes de átomos em todo o universo. Tudo o que vemos éformado por esses cem átomos, em um número ilimitado de combinações. A maneira como esses átomos se distribuem e se conectam determina se eles formarão um copo de água, um pedaço de metal ou a efervescência que aparece em seu refrigerante quando você abre a lata!
Os átomos estão constantemente em movimento. Eles vibram, movimentam-se e giram continuamente. Mesmo os átomos que formam as cadeiras emque estamos sentados estão se movimentando. Os sólidos, na verdade, estão em movimento. Os átomos podem estar em diferentes estados de excitação, ou em outras palavras, eles têm energias diferentes. Se aplicarmos muita energia a um átomo, ele pode sair do chamado estado fundamental de energia e ir para um estado excitado. O nível de excitação depende da quantidade de energia que é aplicada sobreo átomo por meio de calor, luz ou eletricidade.
Aqui está uma interpretação clássica da aparência do átomo:

Um átomo, na representação mais simples,
consiste de um núcleo e de elétrons que ficam em suas órbitas |
Este simples átomo consiste de um núcleo (contendo prótons e nêutrons) e uma nuvem de elétrons. Fica mais fácil se imaginarmos os elétrons nessa nuvem circulando em voltado núcleo em várias órbitas diferentes.

Absorvendo energia
Considere a ilustração da seção anterior. Apesar das representações mais recentes do átomo não descreverem os eletróns como incluídos em órbitas discretas, os chamados orbitais, pode ser útil pensar nesses orbitais como indicadores dos diferentes níveis de energia do átomo. Em outras palavras, se aplicarmos uma quantidade de calor sobre umátomo, podemos esperar que alguns dos elétrons nos orbitais de menor energia transportem-se para orbitais de maior energia, mais distantes do núcleo.

Absorção de energia:
um átomo absorve energia na forma de calor, luz ou eletricidade. Os elétrons podem se mover de uma órbita de menor energia para uma órbita de maior energia. |
Essa é uma maneira extremamente simplificada de ver as coisas,mas reflete a idéia principal de como os átomos funcionam no que diz respeito ao laser.
Assim que um elétron se move para uma órbita de maior energia, ele eventualmente vai querer voltar ao estado fundamental. Quando isso acontecer, ele vai liberar essa energia na forma de um fóton (partícula de luz). É possível ver átomos liberando energia em forma de fótons o tempo todo. Por exemplo, quando oaquecedor de uma torradeira fica com um brilho vermelho, essa cor vermelha é causada por átomos que, excitados pelo calor, liberam fótons vermelhos. Quando você vê uma imagem em uma tela de TV, o que você está vendo são átomos de fósforo, excitados por elétrons de alta velocidade emitindo diferentes cores de luz. Qualquer coisa que produza luz - luzes fluorescentes, lampiões a gás, lâmpadasincandescentes - atinge esse objetivo graças a elétrons mudando de órbita e liberando fótons.

A conexão laser/átomo
Um laser é um dispositivo que controla a maneira pela qual átomos energizados liberam fótons. A palavra "laser" é a sigla em inglês de amplificação de luz por emissão estimulada de radiação (light amplification by stimulated emission of radiation), o que descreve bem resumidamente...
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