Coerência do laser
A coerência é uma propriedade fundamental da luz laser, descrevendo a correlação do campo eletromagnético em diferentes pontos no espaço ou no tempo. A coerência temporal relaciona-se com a monocromaticidade da luz (largura espectral estreita), enquanto a coerência espacial relaciona-se com sua direcionalidade e capacidade de ser focalizada em um ponto preciso. Esse alto grau de ordenação distingue os lasers das fontes de luz convencionais.
A coerência da luz laser surge diretamente do processo de emissão estimulada. Como cada fóton estimulado é uma réplica exata do fóton incidente em fase, frequência e direção, uma cascata desses eventos produz um grande número de fótons que estão todos em fase uns com os outros. Essa relação de fase é mantida enquanto a luz oscila dentro do ressonador óptico, que filtra e reforça ainda mais um único modo coerente.
A coerência temporal é uma medida da correlação de fase de uma onda consigo mesma em diferentes instantes de tempo. Ela é quantificada pelo tempo de coerência, τc, o tempo durante o qual a fase permanece previsível. Este tempo é inversamente proporcional à largura de banda espectral, Δ, da luz (τc ≈ 1/Δ). Os lasers possuem larguras de banda muito estreitas, resultando em longos tempos de coerência e comprimentos de coerência (Lc = τc), que podem atingir vários metros. Isso permite efeitos de interferência em grandes diferenças de percurso, cruciais para holografia e interferometria.
A coerência espacial descreve a correlação de fase entre diferentes pontos ao longo da frente de onda no mesmo instante. Um feixe de laser com alta coerência espacial possui uma fase de frente de onda uniforme, permitindo que ele percorra longas distâncias com divergência mínima (alta direcionalidade) e seja focalizado em um ponto com resolução limitada pela difração. Essa propriedade é essencial para aplicações como corte a laser, soldagem e comunicação de longa distância.
UNESCO Nomenclature: 2210
Óptica
Precursores
- Experimento de dupla fenda de Thomas Young demonstrando interferência
- Interferômetro de Michelson
- Teorema de Van Cittert-Zernike para coerência clássica
- desenvolvimento do próprio laser
Aplicações
- holografia
- interferometria
- comunicação por fibra óptica
- lidar
- resfriamento de átomos por laser
- tomografia óptica coerente
Ideias de Inovação Potencial
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Relacionado a: coerência, laser, coerência espacial, coerência temporal, monocromático, direcionalidade, holografia, interferometria, fase, frente de onda.