Tipos e Operação de Lasers

Os lasers são classificados pelo seu meio de ganho e bombeamento, e operam em regimes contínuos ou pulsados, produzidos por Q-switching e mode-locking.

Definition

A categorização de lasers pelo meio de ganho e mecanismo de excitação, e os modos de operação, de onda contínua ou pulsada, pelos quais a sua potência de saída e estrutura temporal são controladas.

Scope

Este tópico aborda as principais classes de laser e como são operados. Inclui lasers a gás, como hélio-néon e dióxido de carbono, lasers de estado sólido, como rubi, neodímio e titânio-safira, lasers de diodo semicondutor, lasers de corante e de fibra, bem como os seus comprimentos de onda característicos e métodos de bombeamento. Abrange também os regimes de operação: saída de onda contínua e a geração de pulsos curtos e ultracurtos por Q-switching e mode-locking, juntamente com as potências de pico e durações de pulso resultantes. Conecta a física subjacente do ganho aos diversos dispositivos práticos.

Core questions

• Que meios de ganho são utilizados em lasers e que comprimentos de onda produzem?
• Como diferentes lasers são bombeados para criar inversão de população?
• Como o Q-switching e o mode-locking geram pulsos curtos?
• Que compromissos distinguem a operação de onda contínua da operação pulsada?

Key concepts

• laser a gás
• laser de estado sólido
• laser de diodo semicondutor
• laser de fibra
• operação de onda contínua
• Q-switching
• mode-locking
• pulsos ultracurtos

Key theories

Classificação por meio de ganho

Os lasers são agrupados como lasers a gás, de estado sólido, semicondutores, de corante e de fibra; o meio de ganho determina os comprimentos de onda disponíveis, a eficiência e a potência, e dita o bombeamento adequado por luz, corrente elétrica ou descarga.

Operação pulsada por Q-switching e mode-locking

O Q-switching degrada e depois restaura subitamente o fator de qualidade da cavidade para liberar energia armazenada como um pulso intenso de nanossegundos, enquanto o mode-locking faseia muitos modos longitudinais para produzir um trem de pulsos de picossegundos ou femtossegundos.

Clinical relevance

Diferentes tipos de laser são adequados para diversas utilizações médicas: lasers de dióxido de carbono para corte de tecidos moles, lasers de neodímio e érbio para procedimentos oftálmicos e dermatológicos, lasers excimer para remodelação corneana e lasers de diodo para fotocoagulação, com a operação pulsada permitindo uma interação tecidual precisa e com baixo dano colateral.

History

Maiman construiu o primeiro laser, um dispositivo de rubi pulsado, em 1960; Javan e colegas demonstraram o laser a gás de hélio-néon contínuo pouco depois, e o grupo de Hall produziu o primeiro laser de diodo semicondutor em 1962. As décadas seguintes adicionaram lasers de dióxido de carbono, corante, fibra e titânio-safira, bem como as técnicas de Q-switching e mode-locking.

Key figures

• Theodore H. Maiman
• Ali Javan
• Robert N. Hall

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre um laser de onda contínua e um laser pulsado?

Um laser de onda contínua emite um feixe estável de potência constante, enquanto um laser pulsado concentra a sua energia em rajadas breves, atingindo uma potência de pico muito maior do que a sua potência média para aplicações que necessitam de exposições intensas e curtas.

Como são produzidos pulsos ultracurtos de femtossegundos?

O mode-locking força muitos dos modos longitudinais do laser a oscilar com uma relação de fase fixa, de modo que eles interferem para formar um pulso extremamente curto que circula na cavidade e é emitido como um trem regular.