Luz Coerente

A luz é uma onda eletromagnética. Como tal ela possui algumas características típicas de outas ondas e faz parte de um enorme espectro de emissões eletromagnéticas, entre os quais estão as ondas de rádio, as radiações de micro-ondas, o infravermelho, ultravioleta, etc.

Do mesmo modo que as ondas mecânicas, as ondas luminosas possuem período, amplitude e frequência. Na luz, a frequência está relacionada com as cores que enxergamos. A amplitude está relacionada com a intensidade. Já o período é o tempo de um ciclo de oscilação. Dado um determinado ponto da onda, a fase é a característica da amplitude na região próxima deste ponto.

Coerência é a medida da correlação entre as fases medidas em diferentes pontos de uma onda. Para ficar mais claro, imagine 2 barquinhos de brinquedo em um lago calmo. Se jogarmos uma pedra no lago, as ondas propagadas farão os barquinhos oscilarem. Diríamos que os barquinhos estão em fase, se eles oscilarem ao mesmo tempo. Porém, mesmo que os barquinhos não estejam exatamente em fase, o movimento das duas oscilações vai possuir uma diferença constante. Dizemos então que a fonte é perfeitamente coerente. Uma fonte pontual produz uma onda perfeitamente coerente.

Agora imagine que ocorra uma tempestade. Cada pingo de chuva produz ondas totalmente diferentes, produzidas em momentos e locais diferentes. Logo os barquinhos oscilarão aleatoriamente de modos distintos. Dizemos que a fonte é muito incoerente.

Tipos de coerência

Para compreender e medir melhor a coerência de uma fonte de ondas, dividimos a coerência em 2 tipos:

Coerência Temporal - medida da correlação da fase da onda luminosa em diferentes pontos na direção de propagação. Como a frequência e cor estão relacionadas, esta medida informa quão monocromática é a fonte. Uma fonte coerente gera ondas aproximadamente da mesma frequência e portanto da mesma cor.

A coerência temporal pode ser medida com o auxílio de um interferômetro, um equipamento que divide a luz originada de uma determinada fonte e depois faz com que os feixes separados se encontrem novamente interferindo um com o outro. Analisando a interferência produzida é possível avaliar a coerência temporal.

Coerência Espacial - medida da correlação da fase da onda luminosa em diferentes pontos na direção transversal à direção de propagação. Esta medida informa a uniformidade da frente de onda.

A medição da coerência espacial pode ser feita a partir do experimento de fendas duplas de Young. Este experimento consiste em fazer um feixe de luz passar por duas fendas. O padrão exibido como resultado da interferência ajuda a medir a coerência espacial.

Aplicações

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O mais conhecido resultado da aplicação de luz coerente são os raios laser. Devido a grande coerência da fonte que produz o laser, eles apresentam frequência extremamente uniforme (cor pura), grande precisão e extrema eficiência, se comparado com fontes de luz convencionais.

Atualmente o laser é utilizado em pesquisas científicas; leitores de cd, dvd, blue-ray; na indústria para realização de medidas e cortes de altíssima precisão; na medicina, em intervenções delicadas; nas conexões por fibra óptica; no setor militar em miras de armas de pequeno porte e marcação de alvos por equipes de solo para ataques de mísseis teleguiados.

Um grande número de tecnologias do mundo moderno utilizam o laser e novas aplicações surgem constantemente.

Fontes:
http://www.nupen.com.br/Revista_port/fund_fisicos1.php
http://www.if.ufrgs.br/~marcia/coerencia.pdf

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