O que são Lasers Pulsados e como usamos eles no laboratório LIO2A do CEPOF
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Antes de adentrar na explicação sobre os lasers pulsados e sua aplicação nos laboratórios do CEPOF, é fundamental destacar a enorme importância do estudo da luz, uma presença fundamental em diversas tecnologias contemporâneas, tais como fibra óptica e exames como raio-x. E tudo fica mais interessante quando você consegue manipular os átomos de forma a produzir luz de uma forma muito mais eficiente e localizada, que são os casos dos lasers. A sigla “laser” denota “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação), indicando um método de produzir luz ao estimular átomos a irradiar. Esse processo possibilita a geração de fontes de luz altamente eficientes e localizadas, com parâmetros notavelmente mais precisos do que as fontes de luz convencionais.
Desde a sua invenção em 1958, o laser tem sido instrumental no desenvolvimento de diversas tecnologias, impulsionando avanços notáveis na ciência. A aplicação de lasers permitiu a criação de novos sensores, avanços em comunicação, cirurgias mais precisas, a produção de fusão nuclear em ambientes controlados, o desenvolvimento de LIDARs (radares com laser) e a detecção de ondas gravitacionais. Não surpreendentemente, os lasers foram responsáveis por uma parcela significativa dos Prêmios Nobel concedidos desde sua invenção.
Nos laboratórios do CEPOF, localizados no Instituto de Física da USP, os lasers têm desempenhado um papel central em estudos que abrangem desde átomos frios até pesquisas em relógio atômico, tratamentos médicos e análises de materiais.
Especificamente no Laboratório LIO2A, trabalhamos com lasers pulsados, uma modalidade fascinante que nos permite levar nossos estudos a extremos. Para compreender melhor os lasers pulsados, podemos fazer uma analogia com uma torneira e um balde: uma torneira com vazão normal é suficiente para tarefas simples, mas imagine encher um balde de água e despejá-lo de uma vez. No primeiro momento, nenhuma gota cai na mão, mas o impacto é significativo quando toda a água é liberada de uma vez. Os lasers pulsados seguem uma lógica semelhante, armazenando energia e liberando-a de forma intensa e repetitiva.
A potência de um laser pulsado aumenta à medida que o tempo de espera diminui e o tempo de liberação de energia é reduzido. No Laboratório LIO2A, exploramos os extremos desse conceito, liberando a energia em intervalos ínfimos da ordem de 0,000000000000001 segundos. Essa abordagem permite uma concentração excepcional de energia em pulsos ultracurtos, possibilitando modificações precisas em materiais sem aquecê-los.
No âmbito da metodologia adotada nos trabalhos do Laboratório LIO2A, a incidência controlada do laser sobre diversos materiais visa não apenas modificar os materiais, mas também explorar a geração de nano e microestruturas, oferecendo uma visão aprofundada sobre o comportamento desses materiais em escalas extremamente reduzidas. Além disso, a habilidade de fabricar estruturas específicas em escalas tão diminutas abre portas para a criação de dispositivos e materiais personalizados, adaptados às necessidades específicas para aplicações em áreas como a medicina, a nanotecnologia e a engenharia de materiais. No contexto de procedimentos cirúrgicos, a avaliação da adequação do laser é um aspecto crítico para uma alta precisão, segurança e eficácia, podendo ser útil para realização de cortes precisos e controlados em cirurgias.
Atualmente, o LIO2A opera com dois lasers de pulsos ultracurtos comerciais diferentes e desenvolveu seu próprio laser personalizado. Estes lasers são empregados para modificar metais, visando aprimorar suas características para aplicações como próteses, onde a aderência é crucial. Além disso, estamos iniciando a construção de um novo laser de pulsos ultracurtos com uma tecnologia mais avançada, focando na interação do laser com materiais poliméricos e biológicos. Este projeto visa contribuir para avanços em cirurgias oftalmológicas, uma área em que o Laboratório LIO2A já desempenhou um papel destacado em contribuições tecnológicas, minimizando danos aos tecidos circundantes e promovendo uma recuperação mais rápida e eficiente para os pacientes.
Essas pesquisas andam em direção a inovações tecnológicas e avanços científicos, reforçando o compromisso do CEPOF em contribuir para o conhecimento e a aplicação prática da luz e suas diversas aplicações.
