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O laser de rubi

1960-05-16
  • Theodore H. Maiman
Aparelho de laser de rubi com cristal de rubi sintético e tubo de xenônio em um ambiente de laboratório.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O primeiro laser funcional foi o laser de rubi, demonstrado em 1960. Trata-se de um laser de estado sólido que utiliza um cristal de rubi sintético (óxido de alumínio dopado com cromo) como meio ativo. O rubi é bombeado opticamente por um potente tubo de flash de xenônio, criando uma inversão de população nos íons de cromo e produzindo um feixe de luz vermelho intenso com um comprimento de onda de 694,3 nanômetros.

A demonstração bem-sucedida do laser de rubi por Theodore Maiman nos Laboratórios de Pesquisa Hughes marcou o início da era do laser. Seu dispositivo era surpreendentemente simples, consistindo em uma haste de rubi do tamanho de um dedo, com as extremidades polidas e revestidas de prata para formar um ressonador Fabry-Pérot. Uma extremidade era totalmente revestida e a outra, parcialmente revestida para funcionar como acoplador de saída. A haste era colocada dentro de uma lâmpada de flash de xenônio helicoidal, semelhante às usadas em fotografia. Quando a lâmpada disparava, seu intenso pulso de luz bombeava opticamente o cristal de rubi.

The ruby laser operates on a three-level energy system. The flashlamp’s light excites the chromium ions ([latex]Cr^{3+}[/latex]) to a broad absorption band (the bombear banda). A partir daí, eles decaem rapidamente de forma não radiativa para um nível de energia metaestável. Como esse nível metaestável tem uma vida útil relativamente longa (alguns milissegundos), uma grande população de íons pode se acumular ali, criando uma inversão de população em relação ao estado fundamental. Quando a emissão laser começa, os íons transitam desse nível metaestável de volta para o estado fundamental, emitindo fótons de 694,3 nm. Por ser um sistema de três níveis, onde o nível mais baixo do laser é o estado fundamental, ele requer um bombeamento muito intenso para atingir a inversão de população, tornando-o relativamente ineficiente. A saída é tipicamente uma série de pulsos curtos enquanto a lâmpada de flash estiver ativa.

UNESCO Nomenclature: 2211
Física do estado sólido

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • o maser (amplificação de micro-ondas por emissão estimulada de radiação)
  • Proposta teórica para um maser óptico (laser) por Schawlow e Townes
  • desenvolvimento de cristais de rubi sintéticos
  • tecnologia de flash de alta intensidade

Aplicações

  • holografia (experimentos iniciais)
  • tatuagem e depilação
  • perfuração e soldagem industrial
  • pesquisa científica (significado histórico)
  • medição de alcance

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • alexandrite laser for tunable solid-state applications
  • nd:yag lasers for industrial and medical uses
  • titanium-sapphire lasers for ultrafast science
  • erbium-doped fiber amplifiers (edfas) for telecommunications
  • diode-pumped solid-state (dpss) lasers for improved efficiency
  • laser pointers using compact laser diodes
  • vertical-cavity surface-emitting lasers (vcsels) for data communication
  • quantum cascade lasers for mid-infrared applications
  • fiber lasers for high-power cutting and welding
  • organic light-emitting diodes (oleds) based on similar principles of doped materials
Relacionado a: laser de rubi, Theodore Maiman, primeiro laser, laser de estado sólido, cromo, bombeamento óptico, laser de três níveis, 694,3 nm, laboratórios de pesquisa Hughes, lâmpada de flash.

Contexto histórico

O laser de rubi

1960
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1960
1960-05-16
1962
1963
1964
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1961
1962
1963
1965

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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