Para muitas pessoas, os lasers são pequenas caixas que disparam pontos vermelhos, que enlouquecem os gatos. Mas, na verdade, os sistemas a laser são usados em muitos processos de fabricação. Eles podem ser usados para cortar materiais de metal ou tecido ou para marcar matérias-primas como lingotes de alumínio. Eles também podem ser usados em componentes acabados na produção de automóveis, como códigos de rastreamento para rastreabilidade industrial ou para a medição de dimensões de peças. Existem inúmeras aplicações industriais que poderiam se beneficiar do uso de laser, que são encontradas em muitas indústrias. Mas antes de decidir se uma máquina a laser seria útil para um de seus aplicativos, talvez seja útil ter uma compreensão dos componentes de um laser e de como eles funcionam. Lasers vêm em diferentes níveis de potência, cores e tamanhos de feixe, mas todos eles dependem dos mesmos princípios. Aqui está o que é um laser industrial e como funciona. Por enquanto, vamos apenas imaginar que um laser é uma caixa mágica preta com luz saindo dele.
A luz laser é monocromática, o que significa que a cor do feixe tem uma única cor específica. A cor da luz é definida pelo comprimento de onda das ondas eletromagnéticas das quais ela é composta. O feixe pode ser visível, infravermelho ou ultravioleta. Por exemplo, uma luz incandescente normal parece amarelada, mas na verdade emite uma mistura de verde, amarelo, vermelho, azul e até mesmo em luz fraca. Seu comprimento de onda varia entre 400 e 800 nanômetros. Por outro lado, um laser vermelho industrial padrão (hélio-neon, por exemplo) tem um comprimento de onda que varia entre 632.800 a 632.802 nanômetros. A luz incandescente comum é policromática e o laser de hélio-neon é monocromático. Monocromática é o que torna a luz laser única e permite algumas de suas aplicações especiais.
O feixe de laser tem uma direção única. Sua direção é fixa e seu diâmetro de feixe é pequeno e quase constante em grandes distâncias. Essa concentração de luz é o que permite que os lasers tenham uma saída de potência muito alta. Lasers pulsados de alta energia, com potência nos megawatts, são fortes o suficiente para cortar metal. O feixe também é dito ser coerente, o que significa que todos os raios de luz no feixe estão sincronizados. Eles têm a mesma fase e a mesma polaridade. Essa coerência também ajuda o raio a alcançar seus altos poderes. Agora sabemos as características do que sai dessa caixa preta mágica. Então, agora, o que realmente está nele?
Três componentes !
Aqui estão as três coisas que você precisa em sua cavidade de laser (a caixa preta mágica) para ter um laser funcionando: Ganho médio Fonte de energia Dois espelhos O meio de ganho é o material que você coloca na cavidade do laser. Pode ser um sólido (um cristal de rubi), um líquido (uma solução de corante) ou um gás (uma mistura de hélio-néon). A característica importante é que emite luz no comprimento de onda desejado quando excitado. A fonte de energia é o que faz com que o meio de ganho emita luz na cavidade do laser. Por exemplo, simples eleger descargas orgânicas podem fazer com que o gás hélio-neônio emita luz. Isso acontece porque, ao excitar as moléculas (usando uma descarga), os elétrons do gás atingem um estado de energia mais alto. No entanto, os elétrons preferem estar em seu estado mais baixo de energia (o estado fundamental). Assim, alguns elétrons retornarão espontaneamente ao estado fundamental emitindo luz para gastar seu excesso de energia. Neste caso, a luz é emitida aleatoriamente em todas as direções, embora as emissões espontâneas de luz sejam raras. Ambos os fatores são problemas para criar lasers. Esses problemas podem ser resolvidos usando o terceiro componente, os dois espelhos.
Os espelhos são colocados em ambos os lados da cavidade do laser com alinhamento paralelo crítico. Os espelhos refletem a luz indefinidamente, criando raios de luz perfeitamente perpendiculares. O acúmulo de luz ao longo do eixo da cavidade do laser acaba criando um feixe de laser de alta potência. Isso resolve o primeiro problema de criar um feixe de laser coerente de luz emitida aleatoriamente. O segundo problema, a raridade das emissões espontâneas, é resolvido provocando emissões estimuladas. Quando as ondas de luz passam perto de elétrons excitados, esses elétrons são estimulados e têm uma maior probabilidade de ir ao seu estado fundamental, emitindo luz no mesmo comprimento de onda, direção e polarização que o próximo. Então, agora, temos uma cavidade preenchida com um meio de ganho que, quando excitado por uma fonte de energia, emite luz. Dois espelhos permitem a seleção de uma direção específica, provocam o acúmulo de luz e estimulam a emissão de ainda mais luz. Então, como a luz sai da cavidade? Bem, na verdade, um dos espelhos não é perfeitamente reflexivo. Ele deixa passar parte da luz e é assim que o raio laser é criado. Esse feixe tem características especiais que podem ser usadas para marcação a laser, limpeza, corte ou mesmo soldagem.
Conclusão
Agora você conhece os princípios básicos por trás da criação de lasers. Os lasers industriais modernos são otimizados usando técnicas mais elaboradas para aumentar sua potência, precisão e robustez, mas os princípios permanecem os mesmos.