Por que os lasers são usados ​​para aplicações de luz concentrada em vez de fontes de luz incoerentes?

Algumas aplicações a laser consistem simplesmente em concentrar a luz em um ponto pequeno. Dois exemplos de aplicações são soldagem e corte a laser. Nesses casos, é freqüentemente usado um laser de CO ₂ que precisa de uma fonte de alimentação regulada, um sistema de refrigeração a água e um suprimento de gás CO ₂ .

Por que essas aplicações usam um laser em vez de uma fonte de luz mais simples (por exemplo, incoerente), como uma lâmpada de arco alimentada por CA?

Existem muitas razões pelas quais a luz altamente monocromática, como a emitida por um laser, é útil para fornecer uma grande quantidade de energia a um ponto pequeno.

Em primeiro lugar, fontes de luz incoerentes, como uma lâmpada, são fontes estendidas, o que significa que estão emitindo luz de um pedaço de material que ocupa uma quantidade finita de espaço. Ao focalizar essa luz em um ponto, o ponto focal é limitado pelo tamanho da sua fonte multiplicado pela ampliação do seu sistema de imagem. Pode parecer um efeito pequeno, mas se você quiser focar a luz em um tamanho de ponto que esteja na ordem do comprimento de onda ( ), isso se tornará importante. Os lasers, por outro lado, agem como verdadeiras fontes pontuais e podem ser visualizados em tamanhos menores que o comprimento de onda da luz. $~1\ \mu\text{m}$

Um segundo problema com fontes de luz incoerentes é que elas geralmente emitem luz em todas as direções. Portanto, mesmo que você possa gerar uma quantidade equivalente de energia óptica, é muito mais difícil reunir tudo em uma fonte colimada necessária antes de focar em um ponto.

Uma vantagem final dos lasers é a monocromática . Isso é útil porque o comprimento de onda pode ser escolhido com precisão para corresponder a uma aplicação específica. Lasers de CO ₂ , por exemplo, emitem a ; que é absorvido bem em uma ampla gama de materiais, mas não tão bem em metais. No entanto, os lasers Nd: YAG e seus harmônicos (os três comprimentos de onda rotulados como 'laser de estado sólido' na imagem abaixo) são bem absorvidos nos metais e podem ser usados ​​para processamento de metais. Com fontes incoerentes, a luz é emitida em uma ampla gama de comprimentos de onda que podem ou não exibir propriedades desejáveis ​​no material que você está tentando processar.$10.6\ \mu\text{m}$

Esta é apenas uma adição à resposta de Chris Mueller.

Quando você pensa em lasers, sempre pensa em uma abertura com muitos espelhos, lentes e lentes em geral. Digamos que você consiga criar um feixe focado (amplo espectro) em um ponto, agora você deseja trazê-lo para o ponto de aplicação. Com um amplo espectro, não funcionará bem, pois o feixe perderá o foco nos diferentes comprimentos de onda. enquanto passa pela ótica.

Para lhe dar uma imagem dos fenômenos ópticos, veja esta famosa capa do álbum . Você notará que a luz existente se espalha (ao longo do espectro) e perde o foco.

Você pode focar novamente, mas isso é impraticável. Para outras considerações, consulte a resposta de Chris Mueller.