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1. Introdução
Raio LASER
O raio LASER é um tipo de radiação eletromagnética visível ao olho humano.
LASER é uma palavra que é formada a partir das palavras light amplification by
stimulated emission of radiation, que juntas significam “amplificação da luz por
emissão estimulada por radiação” O LASER possui características especiais, como
por exemplo, ela ser monocromática, coerente e colimada, além de ter larga
aplicação tecnológica e científica que vem se expandindo cada dia mais.
A luz do LASER além de ser monocromática, ou seja, constituída por radiações
de uma única freqüência, é muito potente em razão da grande concentração de
energia em pequenas áreas ( pequenos feixes ). O feixe de laser é poderosa
podendo ter brilho superior ao da luz emitida por uma lâmpada.
O físico Albert Einstein, no ano de 1916 lançou as bases para a criação do
LASER a partir das teorias de Max Planck. No entanto essas bases ficaram
esquecidas durante a Segunda grande guerra mundial. Foi em 1953 trinta e sete
anos depois, que cientistas conseguiram produzir o primeiro LASER, ou melhor
dizendo, um dispositivo bastante similar a um laser, pois ele não tinha capacidade
de emitir ondas de forma continua. Apesar de não ter sido o criador do LASER,
Albert Einstein leva o credito por ter sido o cientista que descobriu o efeito físico
existente por de trás do funcionamento do LASER, a emissão estimulada, essa que
é a condição necessária para se ter o equilíbrio térmico da radiação com a matéria.
Nos últimos 50 Anos o raio LASER, uma das invenções científicas mais
revolucionárias, neste tempo foram desenvolvidas as mais variadas aplicações
práticas ao seu redor. Em razão de suas características, o LASER hoje é muito
aplicado como, por exemplo, cirurgias médicas, odontológicas, em pesquisas
cientificas, na holografia, nos leitores de CD e DVD como também no laser pointer
utilizado para apresentação de slides. Na indústria o LASER de dióxido de carbono
tem sido muito aplicado, pois possibilita um processo rápido de corte e solda de
materiais, na construção civil, encontra-se em instrumentos de medição, nível prumo
entre outros. As aplicações do raio LASER são inúmeras e tem se tornado cada vez
mais diversificado.
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A energia do laser é uma esperança para a humanidade, pois o LASER continua
sendo uma caixinha de mistérios e possibilidades que mantém as expectativas do
mundo científico. Entre as esperanças postas nesta radiação está a fusão com
LASER.
Se Produzissem energia com LASER teriam uma fonte inesgotável. A bomba de
hidrogênio (bomba H) é uma bomba térmica, fabricada com a fusão de dois núcleos
atômicos, mas de forma incontrolável. Um dos desafios para os cientistas hoje, é
conseguir esta fusão controlada.
De fato, a energia emitida pelo Sol é uma reação de fusão, a ciência tenta reproduzir
na Terra as condições desta estrela para conseguir energia a base de campos
magnéticos, ou à base de raios.
Existe uma brincadeira dentro da comunidade científica onde fala-se há 50 anos,
que a fusão a LASER vai será adquirida dentro de 50 anos. Atualmente acredita-se
que talvez, consigam para o ano 2025 ou 2030. A produção de energia de fusão
baseada em raios, no caso de ser obtida, seria fundamental porque é uma fonte de
energia limpa e praticamente inesgotável que seria muito benéfica para a
Humanidade.
Atualmente, são feitas pesquisas dentro da instalação da National Ignition Facility
(NIF), onde fica o maior LASER em funcionamento, situado no Lawrence Livermore
National Laboratory (Livermore, Califórnia, EUA).
Com esse aparelho se tenta reproduzir a reação de fusão nuclear que gera energia
no núcleo das estrelas, com o que se poderia criar mais energia que a produzida
pela eletricidade, além de não se emitir dióxido de carbono.
No sudeste da França, na localidade de Cadarache, está sendo construído um
reator de fusão experimental, o International Thermonuclear Experimental Reator,
que teoricamente teria as mesmas aplicações que o NIF.
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2. Objetivos
Explanar sobre a invenção do Raio Laser na ciência e tecnologia, exemplificando
suas diversas aplicações, benefícios, descrevendo seus principais impactos e
também os efeitos deste trabalho na formação da equipe designada à elaboração
deste trabalho.
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3. Revisão Bibliográfica
O tema abordado nesse trabalho é o Raio LASER, então não podemos deixar de
citar os físicos que contribuíram com estudos que se pode chegar a invenção do
primeiro raio LASER. Os físicos alemães Albert Einstein, Max Planck e Rudolf W.
Ladenburg, o físico russo Valentin A. Fabrikant, o físico Americano Willis E. Lamb e
o físico francês Alfred Kastler estabeleceram as bases para o desenvolvimento dos
MASER’s (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) e dos
LASERs (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
Os princípios e fundamentos teóricos do Maser foram descritos pelos físicos russos
Nikolay Basov and Alexander Prokhorov em 1952.
Em 1953, trabalhando de forma independente na Universidade de Columbia, o
físico americano Charles H. Townes e os estudantes de graduação James P.
Gordon e Herbert J. Zeiger construíram o primeiro Maser.
Em 1958, os físicos americanos Charles H. Townes e Arthur L. Schawlow do Bell
Labs publicaram um artigo no jornal da American Physical Society com os princípios
e fundamentos teóricos do Laser.
No dia 16 de maio de 1960, no Hughes Research Laboratories, o físico
americano Theodore Harold Maiman construiu o primeiro LASER da historia, de
estado sólido (rubi) e da cor vermelha (comprimento de onda de 694 nm).O físico
americano Theodore Maiman desenvolveu o primeiro trabalho com LASER em 1960.
Desde então o laser vem sendo utilizado em várias aplicações, que serão melhor
explanadas neste trabalho.
Theodore Harold Maiman
Nascimento: 11/07/1927, Estados Unidos
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Falecimento: 05/05/2007, Estados Unidos
Físico; desenvolve o primeiro aparelho LASER (Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation)
Grande parte da revisão bibliográfica apresentada nesse trabalho teve
influências nas pesquisas aos livros dos renomados físicos e autores de livros de
físicas, Robert Resnick e David Halliday. Tendo também contribuição a pesquisas
via internet aos blogs Tride3, por Felipe Bizzi, ao site www.feiradeciencias.com.br,
com material sobre raio laser escrito pelo Físico Luiz Ferraz Netto, entre outros
citados abaixo.
Robert Resnick
Nascido em Baltimore, Maryland em 11 de janeiro de 1923 e se formou na Baltimore
City College High School em 1939. Ele recebeu seu BA em 1943 e seu Ph.D. em
1949, tanto em Física pela Universidade Johns Hopkins . De 1949 a 1956, ele era
um membro do corpo docente da Universidade de Pittsburgh , onde conheceu David
Halliday , com quem escreveu seu livro mais lido. Ele mais tarde se tornou professor
da Rensselaer Polytechnic Institute e foi chefe do currículo da ciência interdisciplinar
por quinze anos. Durante seus anos na RPI, ele co-autor de sete livros sobre a
relatividade, a física quântica, física e gerais, que foram traduzidos em mais de 47
idiomas. Estima-se que mais de sete milhões de estudantes têm estudado a partir de
seus livros. Em 1960,Física , o livro do primeiro ano, ele escreveu com o Professor
Halliday, foi publicado. O livro foi amplamente utilizado e é considerado como
revolucionou a física educação. Agora, em sua nona edição em um conjunto de
cinco volumes revisados por Jearl Walker , e sob o título Fundamentos de Física ,
ainda é altamente considerado. Ela é conhecida por suas claras diagramas
padronizados, pedagogia muito completo, mas altamente legível, as perspectivas
para a física moderna e desafiadoras, problemas de pensamento provocando. Em
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2002, a Sociedade Americana de Física chamado o trabalho que o texto introdutório
de física mais marcante do século 20.
Ele recebeu a Medalha Oersted (1974), prêmio maior dado pela Associação
Americana de Professores de Física , e foi presidente de que a sociedade de 1986 a
1990. Bem como ser um bolsista da Fulbright , ele era também um pesquisador
honorário e professor visitante na Harvard University (1964-65). Outros prêmios
incluem o de ser um professor honorário visita a República Popular da China (em
1981 e 1985), a Exxon Prêmio Fundação de Ensino Outstanding (1954), o RPI
prêmio Faculdade Distinguished (1971), Educador Destaque do Ano (1972 ), um
membro da American Physical Society e da Associação Americana para o Avanço
da Ciência , e um membro da Phi Beta Kappa e Sigma Xi sociedades honorários.
Após sua aposentadoria em 1993, ele foi o palestrante da RPI início e uma
reunião nacional patrocinado Internacional especial em Física Educação foi
realizada em sua honra. Rensselaer criou o Robert Resnick Centro de Educação
Física, bem como o "Robert Resnick Palestra", no qual um cientista proeminente
visita a escola; conhecidos oradores anteriores incluíram Leon Lederman , em 2002,
e Kip Thorne , em 2005. Ele foi introduzido no Hall of Fame de Rensselaer, em 2003.
David Halliday
(3 de março, 1916 - 2 de abril de 2010) foi um americano físico amplamente
conhecido por seus livros didáticos de física, Física e Fundamentos da Física , o que
ele escreveu com Robert Resnick . Ambos os livros estão em uso contínuo desde
1960 e estão disponíveis em vinte línguas.
Halliday participou da Universidade de Pittsburgh como estudante de
graduação, recebendo seu doutorado em física em 1941. Durante a Segunda Guerra
Mundial, trabalhou no Laboratório de Radiação do MIT desenvolvendo técnicas de
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Radar. Em 1946 ele voltou para Pittsburgh como professor assistente e passou o
resto de sua carreira lá. Em 1950, ele escreveu Física Nuclear, que tornou-se um
texto clássico e foi traduzido para quatro línguas. Em 1951 Halliday tornou-se
Presidente do Departamento, cargo que ocupou até 1962.
Os Livros de física por Halliday e Resnick, tem sido amplamente utilizados e
são considerados revolucionários na física e também são amplamente disponíveis
na Índia para o estudo da IITs. Agora, em sua nona edição em um conjunto de cinco
volumes revisados por Jearl Walker , e sob o título Fundamentos de Física , ainda é
altamente considerado como também descrito na revisão bibliográfica acima de
Robert Resnick.
Halliday morreu aos 94 anos de idade em 2 de abril de 2010. Ele estava
morando em Maple Falls, Washington .
Paul A. Tipler
Nascido na pequena cidade agrícola do Antigo, Wisconsin, em 1933. Ele se
formou no colégio em Oshkosh, Wisconsin, onde seu pai era superintendente das
escolas públicas. Ele recebeu seu BS da Universidade de Purdue, em 1955 e seu
Ph.D. da Universidade de Illinois em 1962, onde estudou a estrutura dos
núcleos. Ele ensinou durante um ano na Universidade Wesleyan, em Connecticut,
enquanto escrevia sua tese, então se mudou para Oakland University, em Michigan,
onde foi um dos membros originais do departamento de física, desempenhando um
papel importante no desenvolvimento do programa de Física. Durante os próximos
20 anos, ele ensinou quase todos os cursos de física e escreveu as primeira e
segunda edições de seus livros didáticos de Física utilizados modernos (1969, 1978)
e Física (1976, 1982). Em 1982, mudou-se para Berkeley, na Califórnia, onde agora
reside, e onde ele escreveu Faculdade de Física (1987) ea terceira edição de Física
(1991). Além de física, seus interesses incluem música, caminhadas e camping, e
ele é um pianista de jazz realizado e jogador de poker.
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Gene P. Mosca
Nascido em Nova York e cresceu em Shelter Island, Nova York. Seus estudos
de graduação estavam em Villanova University, e seus estudos de pós-graduação
eram da Universidade de Michigan e da Universidade de Vermont, onde recebeu
seu Ph.D. em 1974.Lecionou em Southampton High School, da Universidade de
Dakota do Sul, e Universidade do Estado Emporia. Desde 1986 Gene foi lecionar na
Academia Naval dos EUA. Lá, ele coordenou o curso de física do núcleo para 16
semestres, e instituiu diversas melhorias tanto para o laboratório e sala de
aula. Proclamada pela Tipler Paul como "o melhor que eu já tinha revisor," Mosca foi
o autor do Guia de Estudo popular para as terceira e quarta edições do texto.
Luiz Ferraz Netto
Físico - USP, Mestre em Ciência Experimental – USP, professor de Física e
Matemática do 2o. e 3o. graus. Autor do "Manual das Feiras de Ciências" (3
volumes).Autor de dezenas de artigos para a revista Saber Eletrônica.
Autor dos temas "Aprenda com o Objetivo Júnior" (Jornal o Estado de São Paulo -
Estadinho - 1987/1994).
Autor de "Oscilações Mecânicas e Eletromagnéticas" (nível universitário).
Autor de "Vertical Para Cima - Estudo dos Movimentos em Referencial Acelerado"
(nível pré-universitário), entre outras mais.O mesmo escreveu para o Instituto de
Física de São Carlos, Universidade Paulista o tema Os Fundamentos da Luz Laser,
que serviu como referência em alguns parágrafos ao tópico Aplicação na ciência e
Tecnologia presente neste trabalho.
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O Blog Tride3, escrito por Felipe Bizzi, aborda diversos temas e conteúdos,
entre eles o artigo “50 anos do Raio Laser, o Raio que vai mudar a vida da
humanidade”, informações essas que serviram como referência para introdução
deste trabalho.
Orival Medeiros
Graduado em Física. Foi professor do departamento de Física da UFPa.
Atualmente é professor dos Colégios Ideal Militar, Leonardo da Vinci e dos colégios
estaduais; Souza Franco e IEEP.
MSc Edilson Lima
Professor de Física dos Colégios Moderno, Ideal Militar e FAMA, dos cursos
Physics e Equipe é também coordenador da equipe de Física do Colégio Moderno.
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Félix Anderson
Professor de Física com larga experiência em vestibulares. É professor dos
Colégios Ideal Militar e Sophos e do curso Physics.
Ambos, Orival, Edilson e Félix, contribuíram com o artigo LASER -
(Amplificação da Luz por Emissão Estimulada da Radiação) Teoria, Funcionamento
e Aplicações, que puderam contribuir ao tópico Aplicação na ciência e Tecnologia
presente neste trabalho.
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4. Aplicação na Ciência e Tecnologia
4.1 Os Fundamentos do Raio LASER
A óptica é um campo dentro da física que lida não somente com a
propagação da luz, mas também com a produção da luz e principalmente seus
mecanismos, de interação com a matéria. A grande aplicabilidade da óptica hoje em
dia, deve-se bastante a existência do raio laser.
4.1.1 LASER de Rubi
A figura01, mostra o diagrama esquemático do primeiro laser operativo, um
laser de rubi, construído por Theodore Maiaman, em 1960.
FIG. 01 – Diagrama esquemático do primeiro LASER de rubi.
O LASER é constituído por um pequeno cilindro – cristal de rubi – (com
alguns centímetros de comprimento) em torno do qual se enrola um tubo de flash
helicoidal, contendo gás rarefeito. As extremidades do cilindro de rubi são planas e
perpendiculares ao eixo do cilindro. O rubi é um cristal transparente de Al2O3, com
pequena fração (cerca de 0,05%) de cromo. O cristal é vermelho pois os íons cromo
(Cr3+) têm intensas bandas de absorção nas regiões do verde e do azul do espectro
visível. Quando o tubo de flash dispara, há uma intensa emissão de luz, que duram
alguns milissegundos uma ponderável parcela de átomos do sistema será conduzida
ao estado excitado. O estado excitado é um estado metaestável, então eles
permanecem assim por um intervalo de tempo relativamente longo. O flash emite
uma radiação eletromagnética, de comprimento de onda idêntico ao da radiação que
o átomo emite quando decai rumo ao estado fundamental. À passagem dessa
radiação, os átomos do sistema vão decaindo sucessivamente, emitindo radiações
que vão engrossando o feixe. No fim do processo, a maioria dos átomos está no
estado fundamental, reconstituindo a situação de partida.
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4.1.2 Diodo de LASER
Os diodos de LASER são componentes de extrema importância em inúmeras
aplicações práticas. Os leitores de CDs tanto de música como de programas em
computadores e os DVDs são exemplos de dispositivos que só existem graças ao
diodo LASER. De todos os tipos, os LASER’s de semicondutores são os mais
conhecidos e produzidos, em razão da expansão das telecomunicações e da
armazenagem de dados por meios óticos, como mencionado acima os leitores CD’s
e outros.
Existem vários arranjos. A Figura 02 deste tópico dá um exemplo com cinco
camadas. Como em um LED, a junção é diretamente polarizada e a recombinação
de cargas, que ocorre quando os elétrons passam da camada n para a camada p,
produzem fótons de luz visível ou de infravermelho.
FIG. 02 – Diodo de LASER com cinco camadas
Acima de um determinado nível de corrente, os fótons que se movem no
sentido paralelo à junção iniciam um processo de emissão estimulada em cadeia.
De forma similar aos anteriores, as extremidades têm superfícies espelhadas e semi-
espelhadas (não indicadas na figura por questão de clareza).
A construção da figura 03 produz um feixe de formato chato, inadequado para, por
exemplo, cabos de fibra ótica. Existem outras que produzem feixes concentrados.
FIG. 03 – Feixe de Formato chato
A máxima eficiência do laser - isso vale também para os anteriores - ocorre
quando o comprimento do material na direção da emissão é múltiplo exato do
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comprimento de onda da luz emitida (ver ilustração na Figura 03). Ou seja, o
dispositivo trabalha como um ressonante óptico.
4.1.3 Radiações emitidas por alguns tipos de LASER
É importante citar que existem mais tipos do que os descritos nas
explanações acima, mas o princípio básico é o mesmo. Como exposto na tabela
abaixo, nota-se que vários tipos emitem radiações fora do espectro visível, o que é
muito importante para diversas aplicações.
Observações:
a) λ é o comprimento de onda em nanômetros.
b) IV significa infravermelho e UV, ultravioleta.
c) "Excimer" significa "excited dimer", ou seja, um dímero (composto formado pela
união de duas moléculas de um monômero) excitado.
d) YAG é do inglês "Yttrium Aluminum Garnet" (cristal de ítrio e alumínio).
e) YLF é do inglês "Yttrium Lithium Fluoride" (fluoreto de ítrio e lítio). Os elementos
citados na tabela são dopados nesses cristais.
Tabela 01 – Tipos de Laser LASER a cristal Cor λ (nm)
Alexandrita IV 700 a 815
Cromo safira vermelho 694
Érbio (vidro) IV 1540
Érbio (YAG) IV 2940
Hólmio (YAG) IV 2100
Hólmio (YLF) IV 2060
Neodímio (YAG) IV 1064
Neodímio dobrado (YAG) verde 532
Titânio safira IV 840 a 1100
LASER a gás Cor λ (nm)
Argônio azul 488
Idem verde 514
Criptônio amarelo 568
Idem azul 476
Idem verde 528
Idem vermelho 647
Dióxido de carbono IV 10600
Fluoreto de hidrogênio IV 2700
Hélio cádmio violeta 441
Idem UV 325
20
Hélio neônio amarelo 594
Idem laranja 612
Idem verde 543
Idem vermelho 633
Idem IV 1152
Idem IV 3390
Nitrogênio UV 337
Xenônio branco vários
LASER a gás "Excimer" Cor λ (nm)
Cloreto de criptônio UV 222
Cloreto de xenônio UV 308
Fluoreto de argônio UV 193
Fluoreto de criptônio UV 248
Fluoreto de xenônio UV 351
LASER a líquido Cor λ (nm)
Coumarin C30 verde 504
Rhodamine 6G IV 570 a 650
LASER a semicondutor Cor λ (nm)
Arsenieto de gálio (usado em leitores de CDs) IV 840
Arsenieto de gálio e alumínio (usados em impressoras) IV 670 a 830
Fosfeto arsenieto de gálio (usados em telecomunicações) IV 1300
LASER a vapor metálico Cor λ (nm)
Cobre amarelo 570
Idem verde 510
Ouro vermelho 627
4.2 Aplicações do LASER
A grande aplicabilidade da óptica deve-se a existência do raio LASER, sendo
difícil imaginar um campo da ciência onde a óptica não esteja presente. Um exemplo
é astronomia convencional, que só existe devido ao fato dos corpos celestes
emitirem luz, ou refletirem a luz de outros, que usa instrumentos ópticos para
observações. A engenharia utiliza vastamente a óptica, seja por meio de
instrumentos analíticos, ou mesmo nas linhas de produção e controle de qualidade.
LASER’s são encontrados em toda parte, em aplicações como transmissão
de sinais de áudio e vídeo, transmissão de dados, levantamento topográficos,
soldagem e leitura de preços em supermercado, sem falar nas áreas ligadas a
saúde, a óptica tem estado presente de forma bastante marcante.
Em aplicações militares de alto custo utiliza-se o laser denominado: LASER
neodímio ou laser dióxido de carbono. Tais "LASER’s" são utilizados para localizar
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alvos a longa distância, tais como satélites espiões e orientar mísseis balísticos de
defesa, em virtude do seu alto poder de emissão de feixes. Nas aplicações de baixo
custo temos a mira LASER de emprego individual que utiliza um laser de baixo
custo, utilizadas em arma de pequeno calibre (geralmente as portáteis ou de porte),
que recebe a denominação de diodo laser, ou seja, um semicondutor alimentado por
uma fonte de energia que produz pelo menos 100 mW. Exemplo disto seria uma
pequena bateria de relógio de pulso. Dentre os LASER’s já construídos, aqueles que
utilizam o gás carbônico como material emissor, apresentam maior potência e
emissão contínua.
Quando concentrado por meio de lentes, o feixe de radiação infravermelha
produz altíssimas temperaturas, e, por isso, pode ser utilizado no corte ou na
soldagem de metais. Além disso, pode servir de arma de longe alcance - o "Raio da
Morte" - que durante tanto tempo foi apenas um tema de ficção científica. Os
LASER’s de gás dinâmico possibilitam o alcance de alvos aéreos a uma distância de
até três quilômetros. Mas as aplicações militares são limitadas, pois os feixes de alta
potência são desfocalizados ao atravessar o ar.
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5. Impactos produzidos na sociedade
Na ciência moderna, o laser é uma das principais tecnologias empregadas na
óptica, onde os impactos produzidos serão abordados nesse tópico mostrando os
benefícios empregados na rotina de alguns dos vários seguimentos tecnológicos.
5.1 Na Medicina:
Antes de começarmos a falar do raio LASER na medicina, temos que
ressaltar a o bisturi-laser, que é a ferramenta de maior importância no uso do laser
na medicina.
Existem algumas vantagens em se utilizar bisturis a LASER. Uma delas é
que, com seu calor, cauteriza imediatamente o corte, resolvendo assim os
problemas da hemorragia e da infecção. Mas não existem aparelhos laser tão
reduzidos que possam ser dirigidos manualmente com facilidade.
Devido a isso, constrói-se o bisturi adaptando-se a um laser fixo um
dispositivo que dirige seu feixe luminoso para a região desejada. O raio é introduzido
em um braço provido de vários dobramentos que permitem rodá-los em vários
sentidos diferentes. O conjunto pode, por isso, ser esticado ou dirigido à vontade,
apesar de ser composto por partes rígidas. O aparelho assim comprido tem certa
semelhança com os braços dos motores usados por dentistas.
Em cada dobra existe um prisma P, que efetua o desvio do feixe, para
conduzi-lo na direção correta. Ele chega, assim, a uma espécie de empunhadura
que está na mão do cirurgião. Nela existe um sistema óptico que concentra o raio
laser de modo a aumentar sua intensidade e possibilitar finos cortes.
As principais utilizações do laser na medicina são nas seguintes áreas:
5.1.1 Oftalmologia
Foi a partir da década de 50 que o LASER começou a ser utilizado pela
medicina. Sua primeira aplicação ocorreu na área de oftalmologia. Nos anos 60, a
empresa Zeiss Optical Company construiu o primeiro laser foto-coagulador de
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Xenônio, que emitia luz branca. Utiliza-se, nesse caso, basicamente seis tipos de
LASER, que são: Rubi, Argônio, Xenônio, Criptônio, Nd/YAG e Excimer. Eles
liberaram certa potência durante curtos espaços de tempo e exibem um ponto de luz
entre 50 e 2000 mm.
Na área de oftalmologia é necessário trabalhar com várias freqüências de
LASER’s, pois cada tipo de célula absorve melhor uma determinada freqüência, em
detrimento das demais. Os LASER’s são usados na foto-coagulação de vasos
sangüíneos em tratamentos de tumores, em cirurgias oculares, em alguns tipos de
cataratas, glaucomas, e úlceras da córnea.
Nas cirurgias oculares, do descolamento de retina, utiliza-se a foto-
coagulação. Para tanto, utiliza-se um LASER a Rubi, cujo feixe é concentrado e
dirigido para o interior do olho, de forma a passar através da pupila sem tocar a íris,
que, de outra maneira, seria danificada. O feixe queima uma área muito restrita da
retina, e a coagulação do sangue prende-a a parte interna do bulbo ocular (Figura
04):
FIG. 04 – O Feixe de LASER sobre o globo ocular
5.1.2 Cardiologia
O Excimer LASER ajuda também a tratar a angioplastia, onde uma ou mais
artérias estão bloqueadas pelo estreitamento localizado, resultado do acúmulo de
colesterol no sangue - chamada placa aterosclerótica -, onde o fluxo de sangue e
oxigênio é diminuído. O mecanismo de ação desse laser sobre a placa
aterosclerótica é a vaporização, que induz intenso aquecimento localizado tecidual
(injúria térmica). "… A energia é conduzida por cateter construído de múltiplas fibras
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ópticas (de 12 a 300), que é conectado a um gerador de laser. Existem algumas
limitações desta nova tecnologia, entre as quais, destacam-se o seu elevado custo e
as possíveis complicações (perfuração e dissecação da artéria)."
E ele também está sendo empregado na desobstrução de vasos sangüíneos,
no interior do próprio coração, através de fibras ópticas; nesse caso, a fibra é
acoplada a um monitor de TV, a fim de que possa ser visualizado o local da
aplicação.
5.1.3 Análises laboratoriais
O que é a Microscopia de Micro-dissecção a LASER?
Os tecidos de um organismo estejam eles normais ou alterados patologicamente,
são estruturas tridimensionais compostas por múltiplos tipos celulares que regulam a
sua função. As alterações morfológicas têm sido a base para o encontro de
alterações moleculares que possam contribuir para o entendimento da patogênese
das doenças. O entendimento das diferentes alterações moleculares nos diversos
tipos celulares é fundamental para o desenvolvimento de testes diagnósticos,
evolução de marcadores de prognóstico e identificação de alvos terapêuticos.
Doenças inflamatórias ou neoplásicas aparecem em compartimentos
celulares específicos dentro de cada tecido. Estas células podem não ser a maioria
das células daquele tecido, e a análise molecular destes compartimentos celulares
só pode ser feita em situações que estes possam ser isolados.
A técnica de micro-dissecção a laser veio suprir esta demanda. Esta técnica
torna possível a análise molecular de populações celulares homogêneas obtidas de
amostras teciduais. Micro-dissecção de populações celulares puras envolve o uso
coordenado de microscopia, LASER e robótica para localizar, dissecar e capturar o
material celular.
5.2 Na Indústria
Industrialmente, os LASER’s de impulsos são também utilizados na produção de
pequenos orifícios em materiais muito duros ou de elevado ponto de fusão, como o
aço e os diamantes. O processo é muito rápido, e não altera o material em torno do
orifício.
25
5.3 Outros Impactos
Outro campo promissor de emprego do LASER é o da fusão termonuclear,
que consiste na união de núcleos atômicos leves para produzir um núcleo mais
pesado. Neste processo pode haver um grande desprendimento de energia. A fusão
termonuclear é empregada nas bombas nucleares de hidrogênio.
Procura-se atualmente, desenvolver um método de fusão controlado, não
explosivo, para ser utilizado em reatores. Talvez o processo possa ser utilizado em
reatores. Talvez o processo possa ser iniciado fazendo incidir um intenso pulso de
LASER sobre uma pequena gota de deutério líquido, elevando-lhe a temperatura
amais de 10.000.000 º C. Essa temperatura pode então atirar os átomos uns contra
os outros com velocidade suficiente para que ocorra a fusão de seus núcleos.
Existem também aplicações do LASER que ao invés de utilizar sua potência e
intensidade, vale-se de suas propriedades de coerência luminosa. Um exemplo,
ainda apenas ao nível de projeto, é seu emprego nas telecomunicações. Por sua
natureza coerente e por possuir um único comprimento de onda, a radiação do
LASER se assemelha a se transmissor de rádio. Se forem desenvolvidas técnicas
eficientes de superposição de sinais aos feixes de LASER, a luz poderá ser utilizada
para o envio de mensagens a grandes distâncias.
As vantagens principais em relação às microondas seriam: grande
dirigibilidade, que permitiria gastar menos potência; e alta freqüência, que
possibilitaria o envio simultâneo de maior numera de comunicações. Mas há
dificuldades graves que impedem, atualmente, o emprego do LASER nas
telecomunicações: sua baixa confiabilidade, e a influencia das condições
atmosféricas que perturbariam o feixe luminoso. Um dos projetos realizados no
sentido de evitar essas dificuldades, prevê o envio do feixe através dos longos tubos
ou fibras de vidro muito finas. A comunicação por laser não se concretizou a não ser
em caráter experimental.
Outra técnica que utiliza a coerência e a monocromaticidade do feixe LASER
é a holografia que é uma técnica fotográfica que permite produzir imagens com
aparência tridimensional. Também é possível, por meio de holografia, armazenar um
único pedaço de filme fotográfico a uma vasta quantidade de informações, que
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podem ser recuperadas pela iluminação do filme com a luz do LASER. Essa técnica
poderia substituir o arquivamento de informações em microfilmes, permitindo maior
aproveitamento do material fotográfico.
O processo holográfico de armazenamento de informações poderia ser
aplicado às memórias de computadores, mas em virtude de outros
desenvolvimentos, a idéia foi provisoriamente abandonada.
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6. Efeito do trabalho na Formação do aluno
Este trabalho procura influenciar o aluno a se interessar pela física moderna.
Todos os títulos sugeridos tem haver com a física de partículas sub-atômicas. Esse
trabalho, especificamente o raio LASER e suas aplicações, trouxe a luz do
conhecimento que antes, apenas ouvimos falar de maneira superficial.
Hoje entendemos melhor seu funciomento e com isso talvez despertar em
alguns alunos o gosto pela pesquisa, ou pelo menos, abrir opções nas soluções de
engenharia.
Ao estudar o Raio LASER e suas aplicações, pudemos aprender e
compreender a importância desta invenção, iniciada por diversos físicos e cientistas
e finalmente, criado o primeiro raio laser por Theodore Harold Maiman, que a partir
dos anos 60 começou a revolucionar a tecnologia no mundo.
A amplidão de suas diversas aplicações, praticamente em todos os ramos
que envolvem ciência e tecnologia, pode se empregar o laser, como a vasta
utilização em cirurgias de todos os tipos na medicina como ferramenta de muita
importância para as micro cirurgias, operações nos olhos e também esteticamente.
Na indústria, com os famosos cortes a LASER, pudemos ter mais precisão na
produção de ferramentas para construção de dispositivos cada vez mais
aprimorados, reduzindo seus custos, sem deixar de citar os instrumentos de
medição, de grande utilidade em diversos setores.
Na construção civil, tem-se os níveis e prumos a laser, na informática os
dispositivos eletrônicos, como leitores de DVC, CDs e Blue-Ray. No ramo militar,
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inicialmente no aumento da precisão das miras, bem como, os diversos armamentos
que funcionam com a tecnologia do raio LASER propriamente dita.
Nas análises laboritoriais a micro-dissecção a LASER é fundamental para o
desenvolvimento de testes diagnósticos, evolução de marcadores de proagnósticos.
O que mais fascina no raio LASER são suas imensuráveis aplicações
conhecidas e à conhecer, que vem otimizando cada vez mais a eficácia de
processos existentes, ou mesmo permitindo o desenvolvimento de processos,
revolucionando a indústria, o comércio, serviços, a medicina principalmente, pelo
fato de mitigar os riscos de complicações nas cirurgias e micro-cirurgias e a maior
esperança da humanidade, que aposta num fornecimento de fonte de energia limpa
e enesgotável a partir do raio LASER, tecnologia sendo desenvolvida por alguns
institutos de pesquisas e tecnologia e que solucionará grande parte dos problemas
relacionados a consumo de energia, seja em residências, indústrias, ou comércio.
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7. Conclusão
O Físico Max Planck, foi quem primeiro teorizou as bases de funcionamento para a
construção do Raio LASER. Com o aprimoramento de diversos físicos e cientistas,
com destaque ao físico Albert Einstein, que descobriu o princípio físico, e trinta e
sete anos após iníciou-se o desenvolvimento do que hoje chamamos de Raio
LASER, sendo o primeiro desenvolvido por Theodore Harold Maiman feito de uma
pequena barra de rubi. Começa nesse instante uma corrida para encontrar
problemas para esta solução, que ao longo de 50 anos, diversas aplicações foram
encontradas, bem como desenvolvidos novos metodos de oabtenção da luz
monocromática colimada.
Nos dias atuais todo desenvolvimento requer sustentabilidade e a produção de
energia de fusão baseada em Raios LASERs, praticamente inesgotáveis são muito
benéficas para humanidade e preservando o meio ambiente.
Graças ao LASER de Diodo por exemplo, os leitores mais comuns e conhecidos
pela população, são: leitores de CDs, DVDs, LASERs de Semi-condutores são mais
conhecidos e produzidos e com isto, tivemos grandes expansões na
telecomunicação, que é o armazenamento por meios de ópticos.
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8. Bibliografia
Halliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. Fundamentos da Física. Vol. 4 LTC
Tipler, P. A. Física para Cientistas e Engenheiros. Vol. 4 LTC
Fontes de pesquisas:
Data: 14/04/2012
www.fisicapaidegua.com
Data: 21/04/12tride3.blogspot.com.br/2010/06/50-anos-do-raio-laser-o-raio-que-
vai.html
Data: 30/04/2012
www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/raios-laser/raios-laser.php www.educar.sc.usp
Data: 01/05/2012www.sbfisica.org.br/fne/Vol2/Num2/a02
www.mspc.eng.br/eletrn/laser110.shtml
www.direxlim.fm.usp.br
