Componentes eletrônicos, Eletrônica, Luz, Mecânica quântica, Partículas subatômicas, Semicondutores

Tipos de laser (Parte 3, laser de fibra)

Nesta terceira parte, são apresentados o principio de funcionamento, as vantagens e desvantagens e as aplicações do laser de fibra ótica.

Os links para acessar as partes anteriores.

Lasers de gásClique aqui

Lasers de diodoClique aqui

Estrutura do laser de fibra

O meio ativo (Doped Fibre) é feito de uma fibra ótica dopada com érbio (Er), itérbio (Yb), neodímio (Nd), túlio (Tm), hólmio (Ho) ou praseodímio (Pr). Todos estes elementos são terras raras. Estes elementos absorvem a maior parte dos fótons (partículas de luz) que vêm da fonte e os reemitem para fazer a emissão estimulada, produzindo um feixe de altas qualidade e potência. Cada fibra dopada com um elemento de terra rara produz um comprimento de onda diferente.

A fonte de luz vem de vários lasers de diodo (diode pump laser). Fonte: University of Southampton.

Em vez de espelhos, são usadas grades de Bragg, estruturas compostas de listras no núcleo da fibra ótica que refletem a luz com um certo comprimento de onda. As grades de Bragg possuem um índice de refração diferente do resto do núcleo da fibra.

grades de Bragg na fibra ótica
Quando uma luz (Incident spectrum) incide na fibra ótica, uma parte com um comprimento de onda específico é refletida (Reflected spectrum), enquanto o resto passa pela grade (Transmitted spectrum). Fonte: hitech.

A distância entre as grades de Bragg ou periodicidade (Periodicity), determinam o comprimento de onda da luz que será refletido.

Vantagens e desvantagens do laser de fibra

As vantagens do laser de fibra são:

  • Estabilidade: para colocar um feixe de laser de outro tipo em uma fibra ótica, é necessário um ajuste fino do feixe e dos espelhos. Neste tipo, a emissão estimulada é feita dentro do núcleo da fibra, portanto, não precisa de equipamentos óticos complexos e sensíveis. Pode resistir a vibrações e movimentos.
  • Alta qualidade: significa que o feixe é muito estreito e pode ser concentrado em uma área muito pequena, indicando pouca divergência na propagação.
  • Eficiência: o laser de fibra tem uma eficiência energética entre 70 e 80%. Quase 100% da energia dos lasers de diodo é convertida para produzir o feixe dentro do meio ativo. O calor produzido é distribuído ao longo da fibra. Portanto, não precisa de um sistema ativo de resfriamento.

Quanto às desvantagens:

  • A fibra dopada é cara.
  • A fibra é frágil.
  • Máquinas com este tipo de laser não servem para cortar não-metais. Nesta aplicação são mais usados os lasers de dióxido de carbono (CO_{2}).
  • O tamanho da fibra limita a potência do laser.

Algumas aplicações

  • A capacidade de concentrar o feixe em uma área muito pequena é uma característica útil para cortar ou furar chapas metálicas.
laser de fibra cortando metal
Fonte: Etc Expo.
  • São usados na medicina conforme mostra o segundo post sobre terras raras.

Terras raras (Parte 2)Clique aqui

  • Este tipo de laser é usado em LIDAR, funciona como um radar, mas usa pulsos de laser em vez de ondas de rádio para medir distâncias e detectar objetos.
laser de fibra em lidar
Fonte: LaserAX.
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