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LASERS LASERS 
LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation): 
 
monocromático, polarização e colimado -> coerente temporal e espacialmente 
Importante para muitas aplicações 
focalização da ordem de microns 
alta intensidade 
I= P/área ~ 10 W/10-12 m2 ~ 1013 W/m2 
LÂMPADA vs. LASER 
 
1. muitos comprimentos de onda, 2. multidirecional, 3. incoerente, 4. não polarizada 
1. monocromática, 2. unidirecional, 3. coerente, 4. polarizada 
LASER 
espelho 
 (sistema de realimentação) 
fonte de excitação - bombeio 
meio amplificador (ativo) espelho 
 (sistema de realimentação) 
cavidade ressonante 
(meio amplificador) 
gás, líquido, estado sólido, semicondutores... 
descarga elétrica, óptico -> lâmpada / outro laser... 
LASER 
contínuo – CW: potência média 
LASER 
pulsado: Q-switched, Mode-locked. Taxa de repetição, Duração do pulso: 
nanosegundos, femtosegundos – energia por pulso – potência de pico e 
potência média. 
tempo 
po
tê
nc
ia
 
laser cw 
la
se
r 
pu
ls
ad
o 
Absorção: 
Emissão espontânea: 
EMISSÃO ESTIMULADA: 
ABSORÇÃO, EMISSÃO ESPONTÂNEA, EMISSÃO ESTIMULADA 
COMO FUNCIONA O LASER? 
Emissão 
espontânea 
Emissão 
estimulada 
bombeio inversão de população – 
estado metaestável 
AMPLIFICANDO A LUZ 
AMPLIFICANDO A LUZ 
MODOS TRANSVERSAIS 
divergência: 
espelhos abertura 
alinhamento: 
 
otimizar potência e modo 
MODOS TRANSVERSAIS 
FEIXE GAUSSIANO 
Gaussian propagation 
MODOS TRANSVERSAIS - TEM 0,0 
22 /2
0
wreII −=
2
2
0
0 1 ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
w
zww
π
λ
00
637.02
ww
λ
π
λ
==Θ
I =(1/e2) I0 
água deionizada (não conduzir e corroer) 
circuito primário de resfriamento 
circuito secundário (água ou ar) 
ALGUNS ASPECTOS PRÁTICOS 
ÁTOMOS E LASERS 
7s2 
6p6 6s2 
5d10 5p6 5s2 
4f14 4d10 4p6 4s2 
3d10 3p6 3s2 
2p6 2s2 
1s2 
Gases nobres 
Metais de Transição 
Terras-Raras 
aquecimento 
resfriamento 
LASERS A GÁS – ÍONS GASES NOBRES 
7s2 
6p6 6s2 
5d10 5p6 5s2 
4f14 4d10 4p6 4s2 
3d10 3p6 3s2 
2p6 2s2 
1s2 
Gases nobres 
Laser de Argônio Ar+: Bombeio 
(descarga alta tensão) - Alta 
potência até 30 W - Linhas 
principais: 514 e 488 nm 
Laser de Hélio-Neônio: Bombeio 
(descarga alta tensão) - Baixa 
potência (0,5 a 10 mW) - Linha 
principal 633 nm - contém 10% de 
neônio - sendo o restante hélio - 
pode ou não ser polarizado. 
ÍONS TERRAS RARAS TRIVALENTES: ND3+ 
+3 +2 +1 0 -1 -2 -3 
3 elétrons f 
L = 3+2+1= 6; S=3/2 
Jmin= 6-3/2= 9/2 - Jmax= 6+3/2= 15/2 
Notação espectroscópica: 2s+1 L j L = 0 1 2 3 4 5 6 7 
 S P D F G H I J 
4I9/2 
4I11/2 
4I13/2 
4I15/2 
Nd:YAG (Ytrium-Aluminum-Garnet) - Nd:Vidro - Nd:YLF 
 
 Bombeio: lâmpada 
LASER DE SEMICONDUTOR (DIODO) 
Banda de valência 
Banda de condução 
Baixa potência mW & Modo Retângular - Elíptico 
Bombeio: injeção de portadores – corrente 
Operação típica na faixa de 800 nm 
7s2 
6p6 6s2 
5d10 5p6 5s2 
4f14 4d10 4p6 4s2 
3d10 3p6 3s2 
2p6 2s2 
1s2 
Metais de transição 
Safira é excelente condutor térmico 
Laser de alta potência até 3 W sintonizável de 700 - 1100 nm 
Laser Ti:S substituiu lasers de corante 
ÍONS METAIS TRANSIÇÃO: TI3+: SAFIRA 
Laser Argônio Laser Ti:safira 
Espelho Espelho 
Bombeio 
Meio 
amplificador 
Espelho Espelho 
Bombeio 
Meio 
amplificador 
Emissão 
espontânea 
Com bloqueador 
Emissão 
laser 
Retira o bloqueador 
LASER PULSADO: Q-SWITCHED 
tempo
po
tê
nc
ia
Laser de Nd:YAG 
Laser de Ti: safira 
Laser argônio 
APLICAÇÃO DE LASER NA MEDICINA 
 
Raio-X e Raio Gama são radiação ionizante. O laser é uma radiação não ionizante. O laser tem sido aplicado 
na Medicina basicamente em duas vertentes: Diagnóstico para obter informação do tecido ou orgão e 
Terapia para modificar característica do tecido ou orgão. 
Interação do Laser com os Tecidos 
Térmica Química Mecânica 
Ablação e Destruição Estimulação Química PDT Coagulação 
Efeitos reversíveis Denaturação de Proteínas Coagulação Vaporização e Ablação 
37 C 60 C 80 C 100 C 
absorção e espalhamento potência e comprimento de onda 
Nd:YAG 
Hemoglobina 
Melanina 
Comprimento de onda nm 
A
bs
or
çã
o %
 
Vísivel Infravermelho 
Ti:safira 
Argônio Nd:YAG 
dobrado 
Nd:YAG 
Hemoglobina 
Melanina 
comprimento de onda (nm) 
Vísivel Infravermelho 
Ti:safira 
 
A
bs
or
çã
o 
(%
) 
biópsia Óptica -> caracterização não invasiva para subsitituir ou guiar biópsia física -> diagnósticos prévios. 
LASER PARA DIAGNÓSTICO 
Fluorescência 
Raman 
OCT 
normal 
maligno 
benigno 
LASER PARA TERAPIA 
PDT 
Cirurgia nos Olhos 
Eliminação de Pedras no Rim e Bexiga 
Tratamento Dentário 
Tratamento Cutâneo 
Coagulação 
Bioestimulação 
Destruição de Tumores 
Lasers Usados em Medicina 
Olhos: 
miopia 
correção 
100 microns 
O poder óptico de resolução dos nossos olhos vem em sua maior parte da refração que a luz sofre na 
interface ar/córnea. Na miopia, o formato do olho, afeta a refração e a formação da imagem não é 
produzida na retina. Antigamente, essa correção não podia ser feita cirurgicamente e a miopia era 
corrigida com o uso de óculos e lentes. Agora se existe a possibilidade de através de uma ablação 
controlada na superfície da córnea usando lasers pulsados se corrigir a miopia. Em 190 nm, a absorção 
do tecido é bem alta e o dano só ocorre onde o laser está incidindo. Dessa forma então se faz a ablação 
da córnea e a correção da miopia 
máscara 
Destruição dos Vasos Sangüíneos: 
Epiderme 
Derme 
Vasos sangüíneos anormais 
Os vasos sangüíneos são preenchidos com hemoglobina – maior parte oxigenada. A hemoglobina 
oxigenada tem pico de absorção em 577 nm. O uso de laser pulsado aquece o sangue em um tempo 
menor que o tempo de relaxação térmica dos vasos. 
Litrotripsia: 
 
Método minimamente invasivo para pulverizar pedras de rim ou vesícula e assim elas podem ser 
eliminadas. Outra maneira de fazer isso de forma não invasiva é usando ultrasom 
Fibra óptica é inserida através de uma pequena incisão e 
colocada perto da pedra através de visualização por 
endoscopia. 
Aciona-se o laser pulsado de nanosegundos de alta 
potência que forma bolhas no tecido. 
Depois dos pulsos, a bolha colapsa e se forma uma onda de 
choque. 
A onda de choque não danifica o tecido mole, mas quebra a 
pedra em pedaços menores. Esse processo evita internação 
e é mais barato para o paciente. 
Terapia Fotodinâmica (PDT) 
 Bactérias (Doença Periodontal), Fungos (Candidíase), 
Vírus (herpes), Protozoários (Leishmaniose), Câncer e 
Acne 
Oxigênio 
presente no 
meio 
Sistema 
Biológico 
Luz 
Necrose 
Interatividade 
Administração do 
fotossensibilizad
or 
Morte 
Celular 
Von Tappeiner and Jesionek (1903). Em 1975, derivado de Hematoporfirina 
(HpD) no crescimento de tumor mamário. Em 1993, Photofrin® foi aprovada 
no Canadá. 
ü  O2, H2O2, •OH 
 
(Maior duração) 
CRUZAMENTO 
INTERSISTEMA
S 
(Menor duração) 
ü  Produção de ROS 
e O2 Singleto 
Terapia Fotodinâmica (PDT) 
ü  Absorção com a 
Fonte de Luz 
ü  Tempo, Área, 
Potência 
Oxigênio Singleto tem um tempo de vida menor que 3,5 µs e pode 
difundir apenas por 10/20 nm durante esse tempo. Assim o dano é 
limitado no local que há fotossensibilizador. Isto é nas organelas e 
membrana. Danos no DNA são raros. Geralmente a morteé por 
apoptose, mas pode existir também necrose. 
Terapia Fotodinâmica (PDT) 
Vantagens da PDT 
ü  Não possui efeitos tóxicos acumulativos; 
 
ü  Paciente pode passar pelo tratamento quantas vezes for 
necessário; 
 
ü  Não é necessária qualquer tipo de anestesia; 
 
ü  Paciente pode ir pra casa no mesmo dia da aplicação; 
 
ü  Morte das células; 
 
ü  Destruição de alguns vasos responsáveis por alimentar o 
tumor; 
 
ü  Possibilidade de ativar o sistema imunológico. 
ü Sistemas biológicos não desenvolvem resistência a PDT. 
 
 
ü Absorção da Luz 
Nd:YAG 
Hemoglobina 
Melanina 
Comprimento de onda nm 
A
b
so
rç
ão
 %
 
Vísivel Infravermelho 
Ti:safira 
Argônio Nd:YAG 
dobrado 
Nd:YAG 
Hemoglobina 
Melanina 
comprimento de onda (nm) 
Vísivel Infravermelho 
Ti:safira 
 
A
b
so
rç
ão
 (
%
) 
Desvantagens PDT 
ü  Inflamação 
ü  Penetração da Luz (1 cm) 
ü  Pouco efetiva para 
grandes/internos Tumores 
ü  Fotossensilibizador por 
ficar de 24 horas até 6 
semanas 
ü  Hipóxia 
Terapia Fotodinâmica (PDT) 
Porfirinas, Clorinas, Ftalocianinas, Purpurinas, Aminoacridina, 
Indocianina Verde, Azul de Metileno, Riboflavina (Vitamina do 
Complexo B) – 1ª e 2ª geração. 
ü  Alto rendimento e meia 
vida longa no estado 
tripleto; 
ü  Fotoestável; 
ü  Não ser tóxico no seu 
estado fundamental (na 
ausência de luz). 
ü  Estável; 
Fotossensiblizadores 
Ideal: 
ü  Fácil de sintetizar; 
ü  Seletivo; 
ü  Absorver no vermelho 
e infravermelho; 
Coração