Propriedades Quânticas da LuzOs processos quânticos dominam os campos da física atômica e molecular. O tratamento aqui está limitado a uma revisão das características da absorção, emissão, e emissão estimulada da luz que são essenciais para um entendimento dos lasers e suas aplicações. Transições atômicas que emitem ou absorvem luz visível são geralmente transições eletrônicas, que podem ser imaginadas em termos de saltos de elétrons entre níveis atômicos quantizados de energia.
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Lasers
A emissão estimuladade luz é o processo quântico crucial necessário para a operação de um laser.
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Inversão de PopulaçãoA realização de uma significativa inversão de população nos estados de energia atômica ou molecular é uma pré - condição para a ação do laser. Elétrons normalmente residirão no mais baixo estado de energia disponível. Eles podem ser elevados a estados excitados por absorção, mas nenhuma coleção significativa de elétrons pode ser acumulada por absorção somente desde que ambas emissão espontânea e emissão estimulada os levarão de volta para trás. |
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Luz CoerenteCoerência é uma das únicas propriedades da luz de laser. Ela surge do processo de emissão estimulada que fornece a amplificação. Desde que um estímulo engatilha os eventos de emissão que fornece a luz amplificada, os fótons emitidos estão "em cadência" e tem uma relação de fase definida cada um com o outro . Esta coerência é descrita em termos de coerência temporal e coerência espacial, ambas são muito importantes na produção de interferência que é usada para produzir hologramas. A luz ordinária não é coerente porque ela vem de átomos independentes que emitem na escala de tempo de cerca de 10-8 s. Existe um grau de coerência nas fontes como de mercúrio de linha verde e algumas outras fontes espectrais úteis, mas sua coerência não aproxima aquela de um laser. |
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A luz ordinária não é coerente porque ela vem de átomos independentes que emitem na escala de tempo de cerca de 10-8 s. Existe um grau de coerência nas fontes como de mercúrio de linha verde e algumas outras fontes espectrais úteis, mas sua coerência não aproxima aquela de um laser. |
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Luz Paralela de um LaserA luz de um laser típico emerge num feixe extremamente fino com muito pouca divergência.. Um outro modo de dizer isto é que o feixe é altamente "colimado". Um laser de hélio - neônio comum de laboratório pode ser girado ao redor da sala e o ponto vermelho na parede de trás parece ter aproximadamente o mesmo tamanho que numa parede perto.
O alto grau de colimação surge do fato que a cavidade do laser tem os espelhos da frente e de trás muito aproximadamente paralelos o que vincula o feixe de laser final a um caminho que é perpendicular àqueles espelhos. O espelho de trás é feito quase perfeitamente refletor enquanto o espelho da frente é cerca de 99% refletor, deixando sair cerca de 1% do feixe. Este 1% é o feixe de saída que você vê. Mas a luz passou para trás e para frente entre os espelhos muitas vezes a fim de ganhar intensidade pela emissão estimulada de mais fótons de mesmo comprimento de onda. Se a luz está levemente fora do eixo, ela será perdida do feixe. A natureza altamente colimada do feixe de laser contribui para seu perigo e sua utilidade. Você nunca deve olhar diretamente para um feixe de laser, devido ao feixe ser altamente paralelo pode focalizar para um ponto quase microscópico na retina do seu olho, causando uma lesão quase instantânea na retina. Por outro lado, sua capacidade de focalização contribui para aplicações médicas e aplicações industriais do laser. Na medicina é usado como um bisturi fino e na indústria como uma ferramenta de corte rápida, poderosa e controlável por computador.
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Luz de Laser MonocromáticaA luz de um laser tipicamente vem de uma transição atômica com um único e preciso comprimento de onda. Assim a luz de laser tem uma única cor espectral e é quase a mais pura luz monocromática disponível. Isto sendo dito, entretanto, a luz de laser não é exatamente monocromática. A linha de emissão espectral da qual ela origina tem uma largura finita, se somente do efeito Doppler dos átomos movendo-se ou moléculas das quais ele vem. Desde que o comprimento de onda da luz é extremamente pequeno comparado ao comprimento da cavidade de laser usada, então dentro daquela largura de banda espectral muito estreita das linhas de emissão são muitos modos ressonantes da cavidade de laser |
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Características da Luz de Laser1. Coerente. As diferentes partes do feixe de laser estão relacionadas na fase umas com as outras. Estas relações de fases são mantidas sobre um tempo bastante longo de modo que os efeitos de interferência podem ser vistos ou registrados fotograficamente. Esta propriedade de coerência é que torna os hologramas possíveis. 2. Monocromática. A luz de laser consiste de essencialmente um comprimento de onda, tendo sua origem na emissão estimulada de um conjunto de níveis de energia atômicos.. 3. Colimada. Devido a dança entre os extremos espelhados de uma cavidade de laser, aqueles caminhos que ajudam a amplificação deve passar entre os espelhos muitas vezes e estarem muito aproximadamente perpendiculares aos espelhos. Como um resultado, os feixes de laser são muito estreitos e não espalham muito.. |
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