PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
Produção da Luz do Laser
Até agora estudamos na primeira seção os diferentes modelos atômicos, e o processo de absorção e emissão de um elétron numa perspectiva mais atual. Nessa seção buscaremos compreender a produção da luz do laser, mas para isso é preciso entender mais um processo que pode ocorrer em um sistema atômico, a emissão estimulada.
Vamos supor que um elétron esteja em um estado excitado, ou seja, um estado onde n>1. Como comentado na seção anterior, o elétron excitado tem tendencia a ir ao nível de mais baixa energia. Porém, podemos acelerar esse processo com um agente externo, que consiste de um outro fóton que estimula o decaimento do elétron excitado. Esse, ao passar para o estado de menor energia, emite um segundo fóton causado pela transição de órbitas. Os dois fótons na emissão estimulada saem intactos e emergem do sistema juntos, ou seja, em fase, com a mesma energia e propagando-se na mesma direção.
Podemos observar o processo de emissão estimulada ilustrado na figura (5), onde mostra o retorno do elétron ao estado de mais baixa energia, devido à ação de um fóton externo. O resultado é a emissão estimulada de um outro fóton, que emerge lado a lado com o primeiro fóton. Após o processo os fótons da emissão estimulada vão perturbar outros átomos com elétrons em seus estados excitados, havendo emissão de mais fótons que se juntam aos iniciais, acontecendo uma reação em cadeia.
Figura 5 - Processo de emissão estimulada de um Átomo.
A luz do laser é justamente o processo de emissão estimulada, para entendermos a produção da luz do laser precisamos compreender as três partes mais importantes que constituem um raio laser. A primeira parte é o chamado meio ativo que pode ser sólido, líquido ou gasoso. O meio ativo é o que contém os átomos com os elétrons, que através dos saltos de níveis de energia emitem os fótons, constituindo a luz do laser. Como visto na seção anterior o comprimento de onda esta relacionado com a energia do fóton, portanto, quando queremos construir um laser que emita uma luz com determinado comprimento de onda, precisa-se escolher um meio ativo que apresente átomos que tenham níveis de energia que desejamos.
A segunda parte é a fonte externa de energia que atua no meio ativo, ela tem o trabalho de fornecer energia para os elétrons saltarem para níveis de maior energia, fazendo com que o elétron ao decair de camada produza luz. A terceira parte é cavidade ótica, sua função é fazer com que os fótons que emergem do sistema voltem para ele, produzindo mais fótons. Isso é possível por meio de espelhos nas extremidades provocando reflexão dos fótons de volta à amostra. Podemos observar pela figura (6) as três partes que constituem o raio laser.
Figura 6 - Principais partes de um raio laser.
Após todos esses passos, os fótons que se movimentam através do meio ativo constituirão um feixe de luz com intensidade aceitável. Em uma das extremidades dos espelhos haverá uma abertura que permitirá que uma fração dessa luz deixe o sistema.
