SEL FUNDAMENTOS FÍSICOS DOS PROCESSOS DE FORMAÇÃO DE IMAGENS MÉDICAS. Prof. Homero Schiabel (Sub-área de Imagens Médicas)

Prof. Homero Schiabel

(Sub-área de Imagens Médicas)

Prof. Homero

Prof. Homero

Schiabel

Schiabel

(Sub

(Sub

-

-

área de Imagens Médicas)

área de Imagens Médicas)

FÍSICOS DOS PROCESSOS

DE FORMAÇÃO DE

IMAGENS MÉDICAS

FÍSICOS DOS PROCESSOS

DE FORMAÇÃO DE

II. LASER

(Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation)

II. LASER

II. LASER

(

(

L

L

ight

ight

A

A

mplification

mplification

by

by

S

S

timulated

timulated

Emission

II. LASER

(Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation)

II. LASER

II. LASER

(

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L

L

ight

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A

A

mplification

mplification

by

by

S

S

timulated

timulated

E

E

mission

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of

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R

R

adiation

adiation

)

)

1. HISTÓRICO

„ 1916: (A. Einstein)

1. HISTÓRICO

1. HISTÓRICO

„ „ 1916: _1916: (A. Einstein)

- elétrons podem absorver ou emitir luz espontaneamente

- elétrons podem ser estimulados a emitir luz de λ particular, com luz adicional naquele λ.

-- elétrons podem absorver ou emitir elétrons podem absorver ou emitir luz espontaneamente

luz espontaneamente

-- elétrons podem ser elétrons podem ser estimuladosestimulados a a emitir luz de

emitir luz de λλ particular, com luz particular, com luz adicional naquele

adicional naquele λλ..

„ 1928:

- R. Ladenberg verifica experimentalmente a predi-ção de Einstein

„

„ 1928: _1928:

-- R. R. LadenbergLadenberg verifica experimentalmente a verifica experimentalmente a predipredi- -ção

- Charles H. Townes e Arthur Shawlow

-- Charles H. Townes e Arthur Charles H. Townes e Arthur ShawlowShawlow

„ 1951: (Valentin A. Fabrikant - URSS)

- patente de aplicação: primeira proposta para

amplificar a emissão estimulada (não publicada até 1959).

„ Abr/1951: (encontro de físicos em Washington) „

„ 1951:_1951: (Valentin A. Fabrikant - URSS)

-- patente de aplicação: primeira proposta para patente de aplicação: primeira proposta para

amplificar a emissão estimulada (não publicada até

amplificar a emissão estimulada (não publicada até

1959).

1959).

„

„ Abr/1951:_Abr/1951: (encontro de físicos em Washington)

-Townes formulou uma tese e a deu a um estudante seu (James Gordon) na Un. de Columbia para

trabalhar

--TownesTownes formulou uma tese e a deu a um estudante formulou uma tese e a deu a um estudante seu (James Gordon) na Un. de Columbia para

seu (James Gordon) na Un. de Columbia para

trabalhar

Joseph Weber

Joseph Weber

(1919

(1919--2000)2000)

„ 1953: (Joseph Weber - Un. Maryland)

- Proposta de amplificação da emissão estimulada

„

„ 1953: _1953: (Joseph Weber - Un. Maryland)

-- Proposta de amplificação da emissão Proposta de amplificação da emissão estimulada estimulada Nikolai G. Basov (1923-2001) Nikolai G. Basov Nikolai G. Basov (1923 (1923--2001)2001) Alexander Prokhorov (1916-2002) Alexander Prokhorov Alexander Prokhorov (1916 (1916--2002)2002)

„ 1954: (Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov

-URSS)

- publicação de um artigo sobre amplificação da

emissão estimulada (cavidade com espelhos Æ amp. Microondas)

„

„ 1954: _1954: (Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov

-URSS)

-- publicação de um artigo sobre amplificação da publicação de um artigo sobre amplificação da

emissão estimulada (cavidade com espelhos

emissão estimulada (cavidade com espelhos ÆÆ amp

„ 1957: (Charles Townes)

- “Maser Óptico”: emitiria luz

- junto com Shawlow: projeto da elaboração do primeiro LASER.

„

„ 1957: _1957: (Charles Townes)

-- ““Maser Maser Óptico”: emitiria luzÓptico”: emitiria luz

-- junto com junto com ShawlowShawlow: projeto da elaboração do : projeto da elaboração do primeiro

primeiro LASER.LASER.

„ 1954: (Townes & Gordon)

- primeiro MASER.

„

„ 1954: _1954: (Townes & Gordon)(Townes & Gordon)

„ 1957: (Gordon Gould - ex-aluno de Townes na Un.

Columbia)

„

„ 1957: _1957: (Gordon Gould - ex-aluno de Townes na Un.

Columbia)

- decidiu desenvolver sozinho projeto de doutorado em emissão de luz

amplificada (em vez de microondas).

- Novembro: idéia da forma de construir o dispositivo colocada num “notebook”

-- decidiu desenvolver sozinho projeto de decidiu desenvolver sozinho projeto de doutorado em emissão de luz

doutorado em emissão de luz

amplificada (em vez de microondas).

amplificada (em vez de microondas).

-- Novembro: idéia da forma de construir Novembro: idéia da forma de construir o dispositivo colocada num “notebook”

o dispositivo colocada num “notebook”

Primeira página da famosa anotação de Gordon Gould, em que “cunhou” o acrônimo LASER pela 1a. vez e descreveu os elementos essenciais para contruí-lo

Primeira página da famosa anotação de Gordon Gould, em que “cunhou” o acrônimo LASER pela 1a. vez e descreveu os elementos essenciais para contruí-lo

"Some rough calculations on the feasibility of a LASER:

Light Amplification by Stimulated Emission of

„ Gould:

- preconizou a possibilidade do LASER produzir densidades de potência nunca antes obtidas;

„ GouldGould::

-- preconizou a possibilidade do LASER preconizou a possibilidade do LASER produzir densidades de potência nunca

produzir densidades de potência nunca

antes obtidas;

antes obtidas; Gordon Gordon (1920(1920--2005)2005)GouldGould

- notou que a 2ª Lei da Termodinâmica não

limitaria o brilho do LASER (seria uma fonte não térmica de luz e poderia gerar temperaturas

muito maiores que a sua própria)

- na prática: o LASER, operando à temperatura ambiente, pode produzir um feixe capaz de derreter o aço!

-- notou que a 2ª Lei da Termodinâmica não notou que a 2ª Lei da Termodinâmica não

limitaria o brilho do LASER (seria uma fonte não

limitaria o brilho do LASER (seria uma fonte não

térmica de luz e poderia gerar temperaturas

térmica de luz e poderia gerar temperaturas

muito maiores que a sua própria)

muito maiores que a sua própria)

-- na prática: o LASER, operando à temperatura na prática: o LASER, operando à temperatura ambiente, pode produzir um feixe capaz de

ambiente, pode produzir um feixe capaz de

derreter o aço!

„

Townes x Gould

:

- telefonema sobre lâmpada de Tálio;

- Gould: telefonema ocorreu após completadas suas anotações;

- Townes: registros indicavam que teria sido cerca de 3 semanas antes;

- ambos estavam trabalhando no mesmo projeto!

„

„

Townes x

_{Townes x}

Gould

Gould

::

-- telefonema sobre lâmpada de Táliotelefonema sobre lâmpada de Tálio;;

-- GouldGould: : telefonema ocorreu telefonema ocorreu apósapós completadas suas completadas suas

anotações;

anotações;

-- Townes:Townes: registros indicavam que teria sido cerca registros indicavam que teria sido cerca

de 3 semanas

de 3 semanas antesantes;;

-- ambos estavam trabalhando no mesmo projeto!ambos estavam trabalhando no mesmo projeto!

- Gould tentou patentear a idéia: não conseguiu por questões de mau entendimento - espera até Abril/59

-- GouldGould tentou patentear a idéia: não conseguiu por tentou patentear a idéia: não conseguiu por questões de mau entendimento

questões de mau entendimento -- espera atéespera até Abril/59Abril/59

„1958: (Townes & Shawlow)

- patente da idéia;

- publicação sobre o assunto no

Physical Review em dezembro.

„

„1958: _1958: (Townes & Shawlow)

-- patente da idéia;patente da idéia;

-- publicação sobre o assunto no publicação sobre o assunto no

Physical

„

Gould

- não concluiu o doutorado em Columbia e foi para a empresa TRG (Technical Research Group) de Nova York;

„

Gould

-- não concluiu o doutorado em Columbia e foi para a não concluiu o doutorado em Columbia e foi para a empresa TRG (

empresa TRG (TechnicalTechnical ResearchResearch GroupGroup) de ) de

Nova York;

Nova York;

- proposta de projeto ao Depto. de Defesa dos EUA (US$ 300 mil)

-- proposta de projeto ao Depto. de Defesa dos EUA proposta de projeto ao Depto. de Defesa dos EUA (US$ 300 mil)

(US$ 300 mil)

- recebeu US$ 1 milhão do Pentágono! - Projeto >

“

CLASSIFIED

”

-- recebeu US$ 1 milhão do Pentágono!recebeu US$ 1 milhão do Pentágono!

-- ProjetoProjeto >>

“

“

CLASSIFIED

_CLASSIFIED

”

”

- ressalva: Gould seria afastado do próprio projeto (simpatias marxistas na déc. 40).

-- ressalva: ressalva: GouldGould seria afastado do próprio projeto seria afastado do próprio projeto (simpatias marxistas na

„ 07/07/1960: Theodore H. Maiman - Hughes Aircraft

Company’s Research Lab. - California

„

„ 07/07/1960: _07/07/1960: Theodore H. Theodore H. MaimanMaiman -- Hughes Aircraft Company’s Research Lab. - California

- anunciou à imprensa a obtenção de luz

laser do rubi (10.000 w luz / μs)

- Physical Review Letters: artigo rejeitado; - Nature: publicação de 300 palavras

„ 1961: (TRG)

- descoberta de 2 novos Lasers (vapor de Cs).

„ 1964:

- Townes, Basov e Prokhorov: Nobel de Física;

-- anunciou à imprensa a obtenção de luz anunciou à imprensa a obtenção de luz

laser

laser do rubi (10.000 w luz / do rubi (10.000 w luz / μμs)s)

-- PhysicalPhysical Review Review LettersLetters:: artigo rejeitado;artigo rejeitado;

-- NatureNature:: publicação de 300 palavraspublicação de 300 palavras

„

„ 1961: _1961: (TRG)

-- descoberta de 2 novos descoberta de 2 novos LasersLasers (vapor de (vapor de

Cs).

Cs).

„

„ 1964:_1964:

-- Townes, Basov e Prokhorov: Nobel de Townes, Basov e Prokhorov: Nobel de Física; Física; Maiman Maiman (1927 (1927--2007 )2007 )

DARPA headquarters

Arlington, Virginia, USA

Hughes Aircraft Research Laboratories, Malibu, CA Hughes Aircraft Research Laboratories, Malibu, CA Malibu, CA Malibu, CA

„ 1964:

- Townes: patente do Maser (também aplicada ao

Laser por não fazer restrição ao λ);

„

„ 1964:_1964:

-- Townes: patente do Townes: patente do Maser Maser (também aplicada ao (também aplicada ao Laser

Laser por não fazer restrição ao por não fazer restrição ao λ)λ);;

- Townes & Shawlow: patente para Laser com λ ótico e no infra-vermelho;

-- Townes & Townes & ShawlowShawlow: patente para : patente para LaserLaser com com λλ

ótico e no infra

ótico e no infra--vermelho;vermelho;

- Maiman: patente do Laser de rubi.

-- MaimanMaiman: patente do : patente do LaserLaser de rubide rubi. .

(*)

Depois de muita briga e controvérsia, Gould fez um acordo de patentes no começo da década de 70 e, em 1977, conseguiu patente sobre o bombeamento ótico -necessário à “ignição” do Laser; em 1979, obteve,

ainda uma 2ª patente cobrindo larga faixa de aplicações do Laser.

(*)

(*)

Depois de muita briga e controvérsia, Depois de muita briga e controvérsia, GouldGould fez um fez um acordo de patentes no começo da década de 70 e, em

acordo de patentes no começo da década de 70 e, em

1977, conseguiu patente sobre o bombeamento ótico

1977, conseguiu patente sobre o bombeamento ótico - -necessário à “ignição” do Laser; em 1979, obteve,

necessário à “ignição” do Laser; em 1979, obteve,

ainda uma 2ª patente cobrindo larga faixa de aplicações

ainda uma 2ª patente cobrindo larga faixa de aplicações

do Laser.

2. FUNDAMENTOS

2. FUNDAMENTOS

Diferenças em relação a um “flash” de luz

„ Luz mais intensa: alta potência/unidade de área

(lâmpada comum emite mais luz, mas ela se espalha)

„ direcionalidade: luz laser é muito “estreita” e não se

espalha como a comum

(1962: espalhamento na superfície lunar ≅ 4 km)

„ luz coerente: todas as ondas de luz que saem do

laser estão alinhadas entre si

(fontes de luz comum geram ondas que começam em diferentes instantes, para diferentes direções)

„ luz monocromática: emite apenas um comprimento de

onda (visível ou não)

Diferenças em relação a um “flash” de luz Diferenças em relação a um “flash” de luz „

„ Luz mais intensa: alta potência/unidade de áreaLuz mais intensa: alta potência/unidade de área

(lâmpada comum emite mais luz, mas ela se espalha)

(lâmpada comum emite mais luz, mas ela se espalha)

„

„ direcionalidadedirecionalidade: luz : luz laser_laser é muito “estreita” e não se é muito “estreita” e não se

espalha como a comum

espalha como a comum

(1962: espalhamento na superfície lunar

(1962: espalhamento na superfície lunar ≅_≅ 4 km)4 km)

„

„ luz coerente: todas as ondas de luz que saem do luz coerente: todas as ondas de luz que saem do

laser

laser estão alinhadas entre si estão alinhadas entre si

(fontes de luz comum geram ondas que começam em

(fontes de luz comum geram ondas que começam em

diferentes instantes, para diferentes direções)

diferentes instantes, para diferentes direções)

„

„ luz monocromática: emite apenas um comprimento de luz monocromática: emite apenas um comprimento de

onda (visível ou não)

3. PRINCÍPIO FÍSICO

3. PRINCÍPIO FÍSICO

3. PRINCÍPIO FÍSICO

LASER:

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

3.1. Luz e Radiação

„ Huygens Î Luz = ondas;

„ Newton Î Luz = partículas;

„ Maxwell Î ondas eletromagnéticas viajam à velocidade

da luz;

RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

LASER:

LASER:

LLight ight AAmplificationmplification byby SStimulatedtimulated EEmissionmission of of R

Radiationadiation

3.1. Luz e Radiação

3.1. Luz e Radiação

„

„ HuygensHuygens ÎÎ Luz = ondas;Luz = ondas;

„

„ NewtonNewton ÎÎ Luz = partículas;Luz = partículas;

„

„ MaxwellMaxwell ÎÎ ondas eletromagnéticas viajam à velocidade ondas eletromagnéticas viajam à velocidade

da luz; da luz; RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Luz (visível) Luz (visível)

Luz (visível) radiação IVradiação IV_{radiação IV}

ondas de rádio

ondas de rádio

ondas de rádio Luz UV

Luz UV

Luz UV microondasmicroondas_microondas

Raios X e γ

Raios X e

„ Mecânica Quântica: energia levada por ondas

eletromagnéticas chega em pacotes - FÓTONS;

„ Energia de cada fóton é proporcional à freqüência:

< λ (> f) > E / fóton

„

„ Mecânica Quântica: energia levada por ondas Mecânica Quântica: energia levada por ondas

eletromagnéticas chega em pacotes

eletromagnéticas chega em pacotes -- FÓTONS;FÓTONS;

„

„ Energia de cada fóton é proporcional à freqüência:Energia de cada fóton é proporcional à freqüência:

<

< λ λ (> f)(> f) > E / fóton> E / fóton

„ Max Planck: Teoria Quântica:

- E distribuída em pacotes (quanta);

- além de viajar em ondas, a luz (radiação) chega em parcelas precisas de energia (não tem massa porque viaja à velocidade da luz); - Átomo = núcleo + e- _{em volta, em órbitas} distintas, a diferentes distâncias do núcleo.

„

„ Max Planck_{Max Planck}: Teoria Quântica:: Teoria Quântica:

-- EE distribuída em pacotes (distribuída em pacotes (quantaquanta););

-- além de viajar em ondas, a luz (radiação) além de viajar em ondas, a luz (radiação) chega em parcelas precisas de energia (não

chega em parcelas precisas de energia (não

tem massa porque viaja à velocidade da luz);

tem massa porque viaja à velocidade da luz);

-- Átomo Átomo = núcleo + e= núcleo + e-- _{em volta, em órbitas em volta, em órbitas} distintas, a diferentes distâncias do núcleo.

distintas, a diferentes distâncias do núcleo. Niels Bohr Niels Bohr Max K. E. L. Max K. E. L. Plank Plank (1858 (1858--1947)1947)

• cada órbita tem uma energia defini-da a ela associadefini-da;

• nível de energia de um átomo de-pende de que órbitas são ocupadas pelos elétrons;

•

• cada órbita tem uma energia definicada órbita tem uma energia defini- -da a ela associa-da;

da a ela associada;

•

• nível de energianível de energia de um átomo de um átomo dede-

-pende

pende de que órbitas são de que órbitas são ocupadasocupadas pelos elétrons;

pelos elétrons;

1 23 4 5...

• NÚMERO QUÂNTICO: associado a um nível de energia (crescente);

• átomo de hidrogênio: e- ocupa nível 1 (mais baixo) = estado fundamental •

• NÚMERO QUÂNTICONÚMERO QUÂNTICO: : associado a associado a

um nível de energia (crescente);

um nível de energia (crescente);

•

• átomo de hidrogênio:átomo de hidrogênio: ee-- ocupa nível ocupa nível 1 (mais baixo) = estado fundamental

1 (mais baixo) = estado fundamental

„ Para mudar de nível, e- precisa de energia (fóton =

quantidade particularmente conveniente de E):

quantum;

„ Se e- absorve um fóton ¨ salta para órbita mais alta

¨ átomo em estado EXCITADO.

„

„ Para mudar de nível, Para mudar de nível, ee-- precisa de energia (fóton = precisa de energia (fóton =

quantidade particularmente conveniente de

quantidade particularmente conveniente de EE): ):

quantum

quantum;; „

„ Se eSe e-- absorve um fóton absorve um fóton ¨¨ salta para órbita mais alta salta para órbita mais alta

¨

¨ átomo em estado átomo em estado EXCITADOEXCITADO..

Niels H. D. Niels H. D. Bohr Bohr (1885 (1885--1962)1962)

e

-f

e- e

-f ’

„

„ Elétron tende a decair para um nível mais baixo Elétron tende a decair para um nível mais baixo

(estado fundamental)

(estado fundamental) ¨¨ emite um fóton (com mesma emite um fóton (com mesma E

E e e λ λ do primeiro)do primeiro)

TRANSIÇÃO

TRANSIÇÃO

„

„ Todos os átomos tendem a seu estado fundamental e Todos os átomos tendem a seu estado fundamental e decaem espontaneamente, emitindo fótons.

decaem espontaneamente, emitindo fótons.

EMISSÃO ESPONTÂNEA EMISSÃO ESPONTÂNEA

3.2. Emissão Estimulada

„ Se um

e

-

,

já num estado excitado, encontrasse um

fóton de energia apropriada, o que ocorreria?

3.2. Emissão Estimulada

3.2. Emissão Estimulada

„

„ Se um Se um

e

e

--

,

,

já num estado excitado, encontrasse um já num estado excitado, encontrasse um

fóton de energia apropriada, o que ocorreria?

fóton de energia apropriada, o que ocorreria?

EMISSÃO ESTIMULADA EMISSÃO ESTIMULADA

EMISSÃO ESTIMULADA

(1879

(1879--1955)1955)

„ Resp. (Einstein):

e

- decairia para uma órbita mais

baixa e emitiria um fóton (por Emissão Espontânea);

mas, nesse caso, o primeiro fóton não seria absorvido, e sim, continuaria seu caminho.

„ Conseqüência: 2 fótons de mesma E ou λ „

„ Resp. (Resp. (Einstein_Einstein): ):

e

e

-- decairia para uma órbitadecairia para uma órbita mais mais baixa

baixa e emitiria um fóton (por Emissão Espontânea); e emitiria um fóton (por Emissão Espontânea);

mas, nesse caso, o primeiro fóton

mas, nesse caso, o primeiro fóton não seria absorvidonão seria absorvido, ,

e sim, continuaria seu caminho.

e sim, continuaria seu caminho.

„

„

„ Bombardear átomos com o tipo certo de fótons e Bombardear átomos com o tipo certo de fótons e

pegar

pegar

e

e

-- suficientes em estado excitado suficientes em estado excitado ÎÎ estimular estimular emissão de mais fótons

emissão de mais fótons ÎÎ energia de um único energia de um único comprimento de onda.

comprimento de onda.

„

„ Na Natureza, a emissão estimulada é rara (quanto Na Natureza, a emissão estimulada é rara (quanto

mais alto o nível de energia, menos átomos nele

mais alto o nível de energia, menos átomos nele Î

equilíbrio termodinâmico)

equilíbrio termodinâmico)

„

„ Charles Townes_{Charles Townes} Î o primeiro a obter a o primeiro a obter a inversão de inversão de

população

população: mais átomos excitados do que em estado : mais átomos excitados do que em estado fundamental numa dada distribuição

fundamental numa dada distribuição

(

„

„ MASER:MASER:

-- campo elétrico atraía moléculas de amônia em campo elétrico atraía moléculas de amônia em estado fundamental e repelia as que estavam em

estado fundamental e repelia as que estavam em

estado excitado

estado excitado ÎÎ separação dos 2 tipos;separação dos 2 tipos;

-- algumas moléculas excitadas retornavam ao algumas moléculas excitadas retornavam ao estado fundamental

estado fundamental ÎÎ emitiam fótons (emitiam fótons (λ λ = 1,25 = 1,25 cm)

cm) ÎÎ estimula emissão de fótons de outras estimula emissão de fótons de outras moléculas

moléculas

„

3.3. Dispositivo

„ Bombeamento ótico (“optical pumping”):

- a própria luz é usada para excitar os átomos e moléculas (hoje também usados feixes de e- _ou prótons, fragmentos de reações nucleares, reações químicas, etc)

„ Theodore Maiman:

- estudando o rubi como material para maser,pensou nele para laser;

- rubi sintético: átomos de Cr com interessante e útil estrutura de níveis de E.

3.3. Dispositivo

3.3. Dispositivo

„

„ Bombeamento ótico (“Bombeamento ótico (“opticaloptical pumpingpumping”):”):

-- a própria luz é usada para excitar os átomos e a própria luz é usada para excitar os átomos e moléculas (hoje também usados feixes de e

moléculas (hoje também usados feixes de e-- _{ou ou} prótons, fragmentos de reações nucleares, reações

prótons, fragmentos de reações nucleares, reações

químicas, etc)

químicas, etc)

„

„ Theodore _Theodore MaimanMaiman::

-- estudando o rubi como material para estudando o rubi como material para masermaser,pensou ,pensou

nele para

nele para laser;laser;

-- rubi sintético: átomos de Cr com interessante e útil rubi sintético: átomos de Cr com interessante e útil estrutura de níveis de

Princípio de formação do feixe do 1º LASER:

„ “Flash” da lâmpada no rubi sintético;

„ Átomos de Cr absorvem azul e verde da luz;

„ Maioria dos átomos em estado excitado: “inversão de

população”

Princípio de formação do feixe do 1º LASER:

Princípio de formação do feixe do 1º LASER:

„

„ ““Flash” da lâmpada no rubi sintético;Flash” da lâmpada no rubi sintético; „

„ Átomos de Cr absorvem azul e verde da luz;Átomos de Cr absorvem azul e verde da luz; „

„ Maioria dos átomos em estado excitado: “inversão de Maioria dos átomos em estado excitado: “inversão de

população” população” (1) estado estado fundamental fundamental (2) “ “Flash”Flash” (3) decaimento decaimento EMISSÃO EMISSÃO ESPONTÂNEA ESPONTÂNEA (4) estado metaestável estado metaestável (5) EMISSÃO EMISSÃO ESTIMULADA ESTIMULADA

„ Maiman elaborou um

dispositi-vo experimental de modo que o tubo onde ocorria a reação com o rubi fosse recoberto de prata a fim de que a luz laser fosse refletida de volta ao rubi

„

„ MaimanMaiman elaborou um elaborou um dispositidispositi-

-vo

vo experimental de modo que experimental de modo que o tubo onde ocorria a reação

o tubo onde ocorria a reação

com o rubi fosse recoberto de

com o rubi fosse recoberto de

prata a fim de que a luz

prata a fim de que a luz laserlaser

fosse refletida de volta ao rubi

fosse refletida de volta ao rubi

Espelho (100%) Excitação Excitação Excitação Emissão Espontânea Emissão Emissão Espontânea Espontânea Emissão Estimulada Emissão Emissão Estimulada Estimulada Reflexão e Amplificação Reflexão e Reflexão e Amplificação Amplificação Espelho semitransparente FEIXE LASER FEIXE LASER

FEIXE LASER (Fótons que escapam: ~10%)(Fótons que escapam: ~10%)(Fótons que escapam: ~10%)

AMPLIFICAÇÃO

AMPLIFICAÇÃO

4. CARACTERÍSTICAS

4. CARACTERÍSTICAS

4. CARACTERÍSTICAS

„ Feixe muito estreito

- devido aos dois espelhos no tubo, há necessidade de que o fóton, para sair, incida exatamente normal à superfície;

- espalhamento do feixe: ~ 1/20 de 1 º - após 1 km, o feixe tem cerca de 1 m de diâmetro, ou seja, 0,001% de espalhamento

„ Uma lente pode focaliza toda a energia do feixe num

ponto de ~ 1 μm

„ Faixa de freqüências (ou λ) muito estreita

„ Coerência: quando um fóton estimula a emissão de

outro, o novo fóton começa a existir com a mesma

fase do fóton estimulador ¨ suas ondas estão

alinhadas

„

„ Feixe muito estreitoFeixe muito estreito

-- devido aos dois espelhos no tubo, há necessidade de que o devido aos dois espelhos no tubo, há necessidade de que o fóton, para sair, incida exatamente normal à superfície;

fóton, para sair, incida exatamente normal à superfície;

-- espalhamento do feixe: ~ 1/20 de 1 º espalhamento do feixe: ~ 1/20 de 1 º -- após 1 km, o feixe após 1 km, o feixe tem cerca de 1 m de diâmetro, ou seja, 0,001% de

tem cerca de 1 m de diâmetro, ou seja, 0,001% de

espalhamento

espalhamento

„

„ Uma lente pode focaliza toda a energia do feixe num Uma lente pode focaliza toda a energia do feixe num

ponto de ~ 1

ponto de ~ 1 μμmm

„

„ Faixa de freqüências (ouFaixa de freqüências (ou λλ) muito estreita) muito estreita „

„ Coerência:_Coerência: quando um fóton estimula a emissão de quando um fóton estimula a emissão de

outro, o novo fóton começa a existir com a mesma

outro, o novo fóton começa a existir com a mesma

fase

fase do fóton estimuladordo fóton estimulador ¨¨ suas ondas estão suas ondas estão

alinhadas

-- coerência do coerência do LASER: vários LASER: vários km; km;

-- coerência de luz coerência de luz monocromática

monocromática eses- -pecial

pecial: poucos cm.: poucos cm.

„

„ Alto nível de organizaçãoAlto nível de organização „

„ Possibilita a holografiaPossibilita a holografia „