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Laser: A luz fantástica que tem futuro

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HÁ APENAS dez anos, em 1960, produziu-se pela primeira vez um tipo de luz radicalmente novo. Nunca antes se conheceu a sua existência na terra. É a mais pura, aguda e intensa luz com que o homem está familiarizado, ardendo bilhões de vezes mais intensamente do que a luz na superfície do sol. Corta facilmente o diamante, a substância mais dura conhecida, e pode vaporizar qualquer substância na terra.
A idéia de produzir esta luz fantástica foi primeiro proposta num documento publicado em 1958 por dois cientistas, Arthur L. Schawlow e Charles H. Townes. Dois anos mais tarde, Theodore H. Maiman construiu o primeiro aparelho que produziu com êxito emissões curtas da proposta luz. O aparelho é chamado laser, palavra esta que representa a amplificação da luz por estimulada emissão de radiação (em inglês, light amplification by stimulated emission of radiation). O que o laser faz é amplificar ou fortalecer a luz.
Quando se soube que se poderia construir tal aparelho amplificador da luz, o laser recebeu uma quantidade sem precedentes de publicidade. Suas possibilidades fascinaram as imaginações dos homens. Os militares viam nele, por exemplo, uma super-arma  — um raio da morte. Por outro lado, previram-se grandes aplicações do laser na medicina e na indústria.

Aperfeiçoamento e Vendas

No início, porém, houve decepções ao se fazerem esforços de transformar o laser de uma curiosidade de laboratório num item operacional que tivesse valor prático. Recentemente, porém, o laser começou a corresponder aos grandes elogios que recebeu no início, ao se aperfeiçoarem lasers mais poderosos e eficazes e se achar um número crescente de aplicações úteis para eles. Vê-se evidência do sucesso do laser na venda de milhares deles cada ano.
Em 1065, gastaram-se calculadamente NCr$ 388.000.000,00 em lasers. Quase 60 por cento desta quantia foi em pesquisas, mas o restante teve que ver com vendas de lasers e produtos a laser. Agora, o comércio geral relacionado com lasers, segundo se calcula, é tão elevado quanto NCr$ 1.200.000.000,00 por ano. Mas, tão rápido cresce o mercado que alguns especialistas predizem que os lasers tornar-se-ão a próxima “indústria de um bilhão de dólares por ano”, provavelmente no início da década de 1970. Vendem-se agora lasers até por NCr$ 800,00, mas outros custam dezenas de milhares de cruzeiros novos cada.
É verdade que ainda estão nos primeiros estágios de desenvolvimento. Conforme observou o Dr. Schawlow: “Os lasers ainda são aparelhos muito primitivos. Ainda estão por volta do estágio da galena nos rádios, ou dos aeroplanos lá por volta de 1910.” Mas, quando se pensa no que podem realizar, compreende-se por que as indústrias devotam tanto tempo e gastos em seu aperfeiçoamento.

Potência Fantástica

A potência da luz aumentada em intensidade por um laser é verdadeiramente fantástica. Descrevendo uma demonstração desta potência, certo observador escreveu: “O técnico dirige [o laser] contra uma chapa de aço da espessura de uma moeda de 25 centavos de dólar, usando uma lente para focalizar o feixe em um pontinho. . . . ouve-se um gemido, um ruído agudo. Daí, um chuveiro de faíscas incandescentes voam da chapa de aço. Foi furada de lado a lado por esse terrível jato de luz.”
Ao se aperfeiçoarem lasers cada vez mais potentes e eficazes, a perspectiva de se produzirem armas reais do tipo “raios da morte” se aproxima da realidade. Com efeito, os cientistas falam sério sobre a possibilidade futura de se usarem lasers contra mísseis inimigos.
Mas, ainda que alguns lasers possam ser focalizados para produzir luz suficiente poderosa para matar, outros são brandos, tão fracos que se pode por a mão na frente de seu feixe sem haver dano. Contudo, a intensidade de até mesmo um feixe fraco é fantástica. Demonstrou-se isso não faz muito tempo com uma nave espacial “Surveyor” que pousou na lua.
A nave levava a bordo uma câmara de televisão, voltada para a parte da terra em escuridão. Na terra, apontaram-se vários raios lasers em direção à nave na lua, a uns 385.000 quilômetros de distância. Esses raios eram de apenas um ou dois watts, portanto, muito mais fracos que uma lâmpada comum de 60 watts. No entanto, a câmara de televisão na lua captou com a maior facilidade os raios lasers e retransmitiu uma imagem destes pontos brilhantes na terra. Surpreendentemente, o raio laser de dois watts revelou-se mais brilhante na lua do que todas as centenas de milhões de watts de luzes elétricas em centros populacionais tais como a cidade de Nova Iorque e Los Angeles!
Qual é o segredo de se produzir tamanha luz intensa? O que é exatamente um laser? Como funciona?

Luz Incoerente e Coerente

A característica da luz visível comum é que é incoerente, ou seja, as ondas são desordenadas. São de tamanho e freqüência variados, e percorrem direções divergentes. Pelo uso de refletores, tais como num holofote, pode-se fazer a luz comum mover-se numa só direção. No entanto, ainda há desordem geral dentro do feixe de luz, e este por fim se abre e se dispersa.
O laser, por outro lado, é um aparelho que produz luz coerente, quer dizer, luz que tem toda ela o mesmo comprimento de onda, e estas ondas de luz estão todas em fase ou em cadência. Poderia ser assemelhada a uma coluna de soldados todos em cadência, marchando rua abaixo. Daí, outra coluna se junta, também em cadência com a primeira coluna. A medida que este grupo continua, outra coluna se junta, sempre em cadência, até que a coluna original fica aumentada ou amplificada muitas vezes mais. O laser é um aparelho que reúne as ondas de luz de modo tão ordeiro e as emite em cadência na mesma direção precisa, com a mesma precisão de tempo. Assim, a luz é aumentada em intensidade ou brilho a um grau fantástico.
O primeiro raio laser, produzido em 1960, empregava rubi sintético. No entanto, o laser de rubi é apenas um dos muitos tipos de lasers. É um exemplo do laser de estado sólido, isto é, o material “emissor de laser” é sólido. Vários lasers a gás foram também construídos, tais como os tipos a hélio-néon, argônio ionizado e bióxido de carbono. O raio laser a gás é em geral mais coerente do que o raio laser de estado sólido, e é também um tanto mais fácil de funcionar de contínuo.
A radiação emitida pelos lasers, na maioria dos casos, é visível ao olho humano, porque trata-se de um comprimento de onda a que o olho humano é sensível. Entretanto, há outras radiações eletromagnéticas que não são visíveis ao olho humano, tais como as ondas de rádio, as ondas infravermelhas ou de calor, as micro-ondas, os raios-X e os raios cósmicos. Lá no início da década de 1950, o Dr. Townes inventou um aparelho que produzia micro-ondas todas em cadência e amplificadas muitas vezes. Este aparelho tem por nome maser, que representa a amplificação de micro-ondas por estimulada emissão de radiação (em inglês, microwave amplification by stimulated emission of radiation). À base da sugestão de que o maser podia ser aplicado à radiação eletromagnética visível, inventou-se o laser. O laser é por isso chamado às vezes de maser óptico.

Usos do Maser

Os fraquíssimos sinais de micro-ondas que a terra recebe dos céus têm de ser amplificados a fim de se estudar sua fonte devidamente. É nisso que o maser é idealmente apropriado. O maser amplifica estes fracos sinais e não introduz nenhum “ruído” ou outra radiação espúria que outros tipos de amplificadores de micro-ondas introduzem. Usou-se o maser, por exemplo, para medir as ondas eletromagnéticas de 1,25 polegadas de comprimento de onda, vindas do planeta Júpiter. Esta informação possibilitou aos astrônomos determinar que a temperatura de Júpiter é cerca de 96° C. abaixo de zero.
O maser é também apropriado como relógio. Um relógio comum marca o tempo pelo movimento periódico, que é conseguido por meio dum pêndulo ou duma roda catarina. As oscilações da onda eletromagnética num maser são muito constantes e são periódicas, não variando com a temperatura ou a posição na superfície da terra. Estas oscilações inerentes do maser são tão precisas que um relógio maser não adiantaria ou atrasaria mais do que três ou quatro segundos em mil anos.

Aplicações do Laser

Não obstante, é o laser, ou maser óptico, que está encontrando até agora a maioria dos usos. Acharam-se centenas de engenhosas aplicações para ele na indústria, medicina, tecnologia militar e exploração espacial.
Algumas aplicações do laser derivam de que sua luz pode ser focalizada em um pontinho extremamente minúsculo. Assim como se pode usar um “vidro ustório” para focalizar os raios do sol em uma pequena área e produzir chamas, assim também se pode concentrar o laser numa área infinitesimamente pequena.
Devido à sua intensidade, podem-se abrir diminutos buracos em substâncias extremamente duras. A “Western Electric Company” tem empregado com êxito um sistema de laser de rubi para perfurar e reclassificar fieiras de diamante que usa na confecção de fio de cobre extremamente fino. Uma perfuração que antes levava longas horas ou até mesmo dias pelos métodos convencionais, o laser a executa em dois minutos ou quase isso.
Usa-se também o laser para vaporizar pequenas quantidades de material de instrumentos delicadíssimos, tais como um balanceiro dum relógio. Se desejado, pode-se analisar o material vaporizado por meio de um espectrógrafo para identificar seus elementos químicos. A “Jarrell-Ash Company” em Waltham, Massachusetts, vendeu vintenas de lasers por NCr$ 60.000,00 cada, feitos para serem usados em análises espectrográficas de objetos.
Em certo caso, um quadro supostamente pintado por um pintor do século dezesseis foi exposto qual falsificação por este aparelho laser, chamado “microprobe”. O quadro foi posto sob o “microprobe”, e um jato de luz cuidadosamente calculado do laser vaporizou uma quantidade infinitesimal da pintura, deixando uma diminuta e imperceptível cratera na pintura. O fio de vapor, sob análise de um espectrógrafo, revelou vestígios de zinco, e pigmento de tinta à base de zinco não era usado antes de 1820!
O laser também vem encontrando ampla aplicação como medidor. A “Boeing” e outras grandes firmas aeroespaciais usam técnicas a laser para uma variedade de medições e calibragens. Pequenas soldagens de metal por pontos são também feitas com o uso do raio laser.
O laser, também, vem encontrando ampla aplicação nos setores médicos. Em especial tem tido êxito na soldagem de novo da retina descolada no seu lugar, na parte de trás do globo ocular.A luz passa através da córnea transparente e outras partes do olho até a retina, onde a luz é absorvida e funde a retina ao tecido atrás dela. Cânceres melanomas, o tipo que contém pigmentos escuros que absorvem os raios lasers, também foram tratados com bom êxito.

Seu Futuro

Todavia, sem dúvida, as aplicações mais espetaculares do laser ainda estão para ser feitas. O Dr. Schawlow prediz que dentro de vinte anos será um instrumento comum “no escritório, na fábrica, e no lar, onde poderia ser usado para descascar batatas”. Já dentro em breve se lançará no mercado um laser que será usado para apagar erros de datilografia.
Os dentistas também visionam usar um laser para remover cáries. Visto que a zona careada de um dente tem cor mais escura, a luz será absorvida nessa área e vaporizará assim a cárie, deixando ilesa a parte branca do dente.
O uso do laser no campo das comunicações é especialmente excitante. Teoricamente, um feixe de laser poderia transmitir o texto inteiro da Encyclopœdia Britannica numa fração de segundo, ou poderia transportar simultaneamente todas as mensagens de rádio, TV e telefone do mundo.
Por outro lado, os engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts fazem experiências com um laser pulverizador de rocha a ser empregado na perfuração de túneis subterrâneos para estradas de rodagem e de ferro. E, notavelmente, os lasers tornam prática a idéia da fotografia tridimensional, bem como enormes telas de TV do tamanho da parede. O Dr. Townes explicou isso numa entrevista:
“Deveremos ter algum dia telas de TV do tamanho de telas de cinema. . . . Atualmente, se projetar uma imagem de um tubo de TV numa tela muito grande, ficaria escura demais. O raio laser, porém, pode ser passado pela tela inteira e poderá obter uma imagem muito boa com suficiente iluminação — e em cores, porque pode obter várias cores dos feixes de laser. . . . Penso que isto será bastante simples e prático. Assim, é bem provável que surja antes da TV tridimensional.”
Em apenas dez curtos anos desde seu nascimento, este fantástico e novo tipo de luz vem obtendo surpreendente aplicações. Mas, evidentemente, este é apenas o começo. Deveras, é uma luz que tem futuro!