Talk: Lasers
Lasers
and their applications
Philippe W. Courteille http://www.ifsc.usp.br/∼strontium/ Talk: Lasers Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Luz Amplificada por Emiss˜aoEstimulada de Radia¸c˜ao
Fonte de luz direcionada, intensa, polarizada, coerente, monocrom´atica Alfred Kastler Charles Townes bombeamento ´optico1950 primeiro maser 1953
Theodore Maiman Arthur Schawlow, Gordon Gould Aleksandr Prokhorov primeiro laser 1960 ressonador ´optico1955 muitos n´ıveis,ressonador ´optico
Talk: Lasers Hist´orico
Albert Einstein equa¸c˜oesde taxa 1924 Charles Townes primeiro maser 1953
Theodore Maiman Arthur Schawlow, Gordon Gould Aleksandr Prokhorov primeiro laser 1960 ressonador ´optico1955 muitos n´ıveis,ressonador ´optico
Talk: Lasers Hist´orico
Albert Einstein Alfred Kastler equa¸c˜oesde taxa 1924 bombeamento ´optico1950 Theodore Maiman Arthur Schawlow, Gordon Gould Aleksandr Prokhorov primeiro laser 1960 ressonador ´optico1955 muitos n´ıveis,ressonador ´optico
Talk: Lasers Hist´orico
Albert Einstein Alfred Kastler Charles Townes equa¸c˜oesde taxa 1924 bombeamento ´optico1950 primeiro maser 1953 Theodore Maiman Arthur Schawlow, Gordon Gould primeiro laser 1960 ressonador ´optico1955
Talk: Lasers Hist´orico
Albert Einstein Alfred Kastler Charles Townes equa¸c˜oesde taxa 1924 bombeamento ´optico1950 primeiro maser 1953
Aleksandr Prokhorov muitos n´ıveis,ressonador ´optico Theodore Maiman primeiro laser 1960
Talk: Lasers Hist´orico
Albert Einstein Alfred Kastler Charles Townes equa¸c˜oesde taxa 1924 bombeamento ´optico1950 primeiro maser 1953
Arthur Schawlow, Gordon Gould Aleksandr Prokhorov ressonador ´optico1955 muitos n´ıveis,ressonador ´optico Talk: Lasers Hist´orico
Albert Einstein Alfred Kastler Charles Townes equa¸c˜oesde taxa 1924 bombeamento ´optico1950 primeiro maser 1953
Theodore Maiman Arthur Schawlow, Gordon Gould Aleksandr Prokhorov primeiro laser 1960 ressonador ´optico1955 muitos n´ıveis,ressonador ´optico Talk: Lasers Primeiras aplica¸c˜oes:Processamento de material
James Bond versus Goldfinger (1964) taxa de absor¸c˜ao emiss˜aoespontˆanea emiss˜aoestimulada
∝ B12I(ν)N1 ∝ A21N2 ∝ B21I(ν)N2
Precisamos: ganhos perdas ou seja N2 N1 1000
800 aumentando I(ν) dN2 dN1 dt = −A21N2 − B21I(ν)N2 + B21I(ν)N1 = − dt
2 600 , N com N = N − N 1
1 2 N 400
200 I(ν)B21N −(A21+2B21I(ν))t aumentando I( ) N2 = [1 − e ] < N1 ν A+2B21I(ν) 0 0 1 2 3 4 5 tempo
Talk: Lasers Intera¸c˜aoluz-mat´eria Precisamos: ganhos perdas ou seja N2 N1 1000
800 aumentando I(ν) dN2 dN1 dt = −A21N2 − B21I(ν)N2 + B21I(ν)N1 = − dt
2 600 , N com N = N − N 1
1 2 N 400
200 I(ν)B21N −(A21+2B21I(ν))t aumentando I( ) N2 = [1 − e ] < N1 ν A+2B21I(ν) 0 0 1 2 3 4 5 tempo
Talk: Lasers Intera¸c˜aoluz-mat´eria
taxa de absor¸c˜ao emiss˜aoespontˆanea emiss˜aoestimulada
∝ B12I(ν)N1 ∝ A21N2 ∝ B21I(ν)N2 1000
800 aumentando I(ν) dN2 dN1 dt = −A21N2 − B21I(ν)N2 + B21I(ν)N1 = − dt
2 600 , N com N = N − N 1
1 2 N 400
200 I(ν)B21N −(A21+2B21I(ν))t aumentando I( ) N2 = [1 − e ] < N1 ν A+2B21I(ν) 0 0 1 2 3 4 5 tempo
Talk: Lasers Intera¸c˜aoluz-mat´eria
taxa de absor¸c˜ao emiss˜aoespontˆanea emiss˜aoestimulada
∝ B12I(ν)N1 ∝ A21N2 ∝ B21I(ν)N2
Precisamos: ganhos perdas ou seja N2 N1 1000
800 aumentando I(ν)
2 600 , N 1 N 400
200 I(ν)B21N −(A21+2B21I(ν))t aumentando I( ) N2 = [1 − e ] < N1 ν A+2B21I(ν) 0 0 1 2 3 4 5 tempo
Talk: Lasers Intera¸c˜aoluz-mat´eria
taxa de absor¸c˜ao emiss˜aoespontˆanea emiss˜aoestimulada
∝ B12I(ν)N1 ∝ A21N2 ∝ B21I(ν)N2
Precisamos: ganhos perdas ou seja N2 N1
dN2 dN1 dt = −A21N2 − B21I(ν)N2 + B21I(ν)N1 = − dt
com N1 = N − N2 Talk: Lasers Intera¸c˜aoluz-mat´eria
taxa de absor¸c˜ao emiss˜aoespontˆanea emiss˜aoestimulada
∝ B12I(ν)N1 ∝ A21N2 ∝ B21I(ν)N2
Precisamos: ganhos perdas ou seja N2 N1 1000
800 aumentando I(ν) dN2 dN1 dt = −A21N2 − B21I(ν)N2 + B21I(ν)N1 = − dt
2 600 , N com N = N − N 1
1 2 N 400
200 I(ν)B21N −(A21+2B21I(ν))t aumentando I( ) N2 = [1 − e ] < N1 ν A+2B21I(ν) 0 0 1 2 3 4 5 tempo • ´atomosde ≥ 3 n´ıveis(processo irrevers´ıvel)
• processo de estimula¸c˜ao
• mecanismo de retroa¸c˜ao(espelhos)
Talk: Lasers O que precisa para construir um laser ? Talk: Lasers O que precisa para construir um laser ?
• ´atomosde ≥ 3 n´ıveis(processo irrevers´ıvel)
• processo de estimula¸c˜ao
• mecanismo de retroa¸c˜ao(espelhos) coerente
polarizada
monocrom´atica
intensa
Talk: Lasers Propriedades 1
Luz incandescente Laser
Pictures of march versus marathon to ilustrate (de-)coherence.
incoerente
n˜aopolarizada
todas as cores
energia por intervalo de frequˆenciafraca Talk: Lasers Propriedades 1
Luz incandescente Laser
Pictures of march versus marathon to ilustrate (de-)coherence.
incoerente coerente
n˜aopolarizada polarizada
todas as cores monocrom´atica
energia por intervalo de frequˆenciafraca intensa Lasers pulsados s˜aomuito intensos
laser de attosegundos ∆t = 10−16 Hz Energia ∼ MJ
Talk: Lasers Propriedades 2
Lasers cont´ınuoss˜aomuito precisos (at´e 10−18)
´atomosneutrais em redes ´opticas ν87Sr = 429 228 004 229 873.60 (71) Hz
´ıonsindividuais aprisionados ν199Hg+ = 1 064 721 609 899 144.94 (97) Hz Talk: Lasers Propriedades 2
Lasers cont´ınuoss˜aomuito precisos (at´e 10−18)
´atomosneutrais em redes ´opticas ν87Sr = 429 228 004 229 873.60 (71) Hz
´ıonsindividuais aprisionados ν199Hg+ = 1 064 721 609 899 144.94 (97) Hz
Lasers pulsados s˜aomuito intensos
laser de attosegundos ∆t = 10−16 Hz Energia ∼ MJ Laser de g´asbombeado por descarga el´etrica
Talk: Lasers Tipos de lasers 1
Laser de rubi bombeado por lˆampadade flash Talk: Lasers Tipos de lasers 1
Laser de rubi bombeado por lˆampadade flash Laser de g´asbombeado por descarga el´etrica Laser de diodo bombeado por corrente
aplicada a transi¸c˜aoentre semicondutores
Talk: Lasers Tipos de lasers 2
Laser de corante bombeado por outro laser Talk: Lasers Tipos de lasers 2
Laser de corante bombeado por outro laser Laser de diodo bombeado por corrente
aplicada a transi¸c˜aoentre semicondutores Laser de el´etronlivres bombeado por s´ıncrotron
Talk: Lasers Tipos de lasers 3
Laser de fibra bombeado por outro laser Talk: Lasers Tipos de lasers 3
Laser de fibra bombeado por outro laser Laser de el´etronlivres bombeado por s´ıncrotron Talk: Lasers Uso de lasers 1
leitor CD & DVD & blue ray
telecomunica¸c˜ao laser pointer
manipula¸c˜aode materiais metrologia pesquisa fundamental Talk: Lasers Uso de lasers 2 tratamento de cancer, acne, etc.
depila¸c˜ao
cirurgia por laser
espada star wars weapons Mas a mat´eriatamb´em´e! Seria que podemos fazer um laser de mat´eria?
luz incoerente ⇒ laser g´asesquentes ⇒ condensado de Bose-Einstein
Talk: Lasers Laser de mat´eria A luz ´euma onda ! Seria que podemos fazer um laser de mat´eria?
luz incoerente ⇒ laser g´asesquentes ⇒ condensado de Bose-Einstein
Talk: Lasers Laser de mat´eria A luz ´euma onda ! Mas a mat´eriatamb´em´e! luz incoerente ⇒ laser g´asesquentes ⇒ condensado de Bose-Einstein
Talk: Lasers Laser de mat´eria A luz ´euma onda ! Mas a mat´eriatamb´em´e! Seria que podemos fazer um laser de mat´eria? g´asesquentes ⇒ condensado de Bose-Einstein
Talk: Lasers Laser de mat´eria A luz ´euma onda ! Mas a mat´eriatamb´em´e! Seria que podemos fazer um laser de mat´eria?
luz incoerente ⇒ laser Talk: Lasers Laser de mat´eria A luz ´euma onda ! Mas a mat´eriatamb´em´e! Seria que podemos fazer um laser de mat´eria?
luz incoerente ⇒ laser g´asesquentes ⇒ condensado de Bose-Einstein Talk: Lasers Condensado de Bose-Einstein Talk: Lasers Condensado de Bose-Einstein Talk: Lasers Laser na pesquisa fundamental
Uso de lasers em nosso lab:
• desacelera¸c˜aoe resfriamento de ´atomosat´e100 nK
• aprisionamento de ´atomos
• sensoriamento (imagens fotogr´aficasdos ´atomos)
• espectroscopia (analise da estrutura interna de ´atomos)
• metrologia (rel´ogiosatˆomicos)
• cavidades ´opticaspara gravimetria