Laser: Princípios e Aplicações

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LASER
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Laser
Light Amplification of Stimulated Emissions of Radiation.
Amplificação da luz por estimulação da emissão de radiação.
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Einstein (1916) primeiro a postular os teoremas do desenvolvimento dos lasers.
O primeiro trabalho tratava dos MASERs
(amplificação de microondas por estimulação da emissão de radiação).
1960 Primeiro maser óptico construído.
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1965 O termo maser óptico foi substituído por LASER.
O laser passou por enormes avanços e apresenta inúmeras aplicações do dia-a-dia.
 Discos de áudio
 leitura ótica de supermercado
 telecomunicações
 medicina.
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LUZ energia eletromagnética
Comprimento de onda entre 100 e 10.000 nanômetros.
Luz visível 400 (violeta) a 700 nm
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A energia luminosa é transmitida no espaço como ondas que contém pequenos “pacotes de energia” :
Os fótons contém uma quantidade definida de energia, dependendo do seu comprimento de onda
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Princípios da geração do laser
Átomo: nêutrons
 prótons
 elétrons
Nêutrons + prótons = núcleo do átomo
 (carga positiva)
Elétrons = giram em órbita ao redor do núcleo
 (carga negativa)
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Os elétrons não absorvem nem irradiam energia desde que sejam mantidos nas suas órbitas (estado fundamental).
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Elétron ganha ou perde uma quantidade de energia
Muda de órbita
Um fóton colide com o elétron de um átomo, ele faz o elétron mudar de nível.
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Quando isso ocorre o átomo fica em um estado excitado.
Ele permanece nesse estado apenas momentaneamente e libera um fóton (nível de energia) idêntico ao que ele absorveu, que o faz retornar ao seu estado fundamental.
Esse processo é denominado de emissão espontânea.
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Outro meio de excitar o átomo, além da colisão de fótons, é com uma descarga elétrica.
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Emissões estimuladas
Este conceito foi postulado por Einstein e é essencial ao princípio de funcionamento do laser.
Um fóton liberado estimularia outro átomo igualmente excitado a se desexcitar, liberando fóton idêntico.
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O fóton desencadeante continuaria a sua trajetória inalterado.
 Esses dois fótons promoveriam a liberação de fótons adicionais idênticos desde que estivessem presentes outros átomos excitados.
Para isso é necessário um ambiente com número ilimitado de átomos excitados, que é chamado de inversão de população (mais átomos em estado excitado do que em estado fundamental).
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Para ocorrer a inversão de população é necessário uma aplicação de uma fonte de força externa ao meio produtor de laser.
Os fótons liberados são idênticos em fase, direção e freqüência.
Para contê-los e gerar mais fótons, são colocados espelhos nas terminações da câmara.
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Os fótons são refletidos na câmara , que amplifica a luz e estimula a emissão de outros fótons a partir dos átomos excitados.
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São tantos fótons estimulados que a câmara não pode conter a energia.
Quando se atinge um nível específico de energia, fótons de um comprimento de onda particular são ejetados pelo espelho semipermeável.
Assim, é produzida uma luz amplificada por meio de estimulação de emissões (LASER).
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A luz laser é emitida de modo organizado e apresenta 3 propriedades que o distingue das fontes de luz incandescente e fluorescente:
 COERÊNCIA
 MONOCROMATICIDADE
 COLIMAÇÃO
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COERÊNCIA
Significa que todos os fótons de luz emitidos a partir de moléculas individuais de gás têm o mesmo comprimento de onda e estão em fase uma com a outra.
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MONOCROMATICIDADE
Significa a especificidade da luz de um único comprimento de onda definido. Se a especificidade está no espectro da luz visível, ela tem apenas uma cor. 
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COLIMAÇÃO
Há uma divergência mínima dos fótons. Os fótons se movem de forma paralela, concentrando o feixe de luz.
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TIPOS DE LASERS
Os lasers são classificados de acordo com a natureza do material colocado entre as duas superfícies refletoras.
Existem milhares de tipos diferentes de lasers, cada um com comprimento de onda específico e características únicas, dependendo do meio condutor.
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Os meios de produção de laser podem ser:
Cristal e vidro (estado sólido)
Gás (HeNe)
Semicondutor
Corante líquido e químico
Diodo (GaAs)
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Lasers podem ser: 
 alta e baixa potência
Alta potência: apresentam respostas térmicas. São usados para:
Cortes cirúrgicos e coagulação
Oftalmologia
Dermatologia
Oncologia
Cirurgia vascular
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Baixa potência: atérmicos. São usados para:
Cicatrização de ferimentos
Manuseio da dor
Produzem efeitos fotoquímicos em vez de térmicos.
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Lasers mais comuns
GaAs (904 nm) – arsenieto de gálio 
GaAlAs (830 nm) – arsenieto de gálio e alumínio
AlGaInP (660 nm) – alumínio, gálio, índio e fósforo
HeNe (632,8 nm) – hélio e neônio
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Contínuo e pulsado
Caneta Laser 660 nm e 830nn: operam no modo contínuo e pulsado (50%) com possibilidade de escolha de 10 freqüências: 2,5 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz, 75 Hz, 150 Hz, 300 Hz, 700 Hz, 1 KHz e 2KHz
Modos de emissão
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Estas freqüências servem para proporcionar analgesia por diferentes vias fisiológicas.
2,5 Hz – para lesões agudas
20 Hz – para cura de feridas
150 Hz – para alívio da dor
2 KHz – para lesões crônicas e feridas que não fecham
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Caneta laser 904 nm: opera somente no modo pulsado a 9500 Hz.
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Ação e efeito
1 – Efeitos primários ou diretos:
Efeito bioquímico
Efeito bioelétrico
Efeito bioenergético
2 – Efeitos secundário:
Estímulo a microcirculação
Estímulo trófico celular
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3 – Efeitos terapêuticos:
Aumento do ATP intracelular
Analgésico
Anti-inflamatório, anti-edematoso e normalizador circulatório
Efeito estimulante do trofismo dos tecidos
Estimulador dos pontos de acupuntura
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Doses
Efeito analgésico: 2 a 4 J/cm2
Efeito anti-inflamatório: 1 a 3 J/cm2
Efeito regenerativo: 3 a 6 J/cm2
Efeito circulatório: 1 a 3 J/cm2
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Situações inflamatórias
Fase aguda ________ doses baixas
Fase sub-aguda ____ doses médias
Fase crônica _______ doses altas
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Indicações
Cicatrizes
Ferimentos
Úlceras
Queimaduras
Tendinites
Neuralgias
Hematomas
Dor localizada
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Precauções e Contra-indicações
Os lasers fornecem radiação não-ionizante. Isso significa que não foram observados efeitos mutagênicos sobre o DNA e nenhum dano às células ou membranas celulares.
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 Irradiação direta sobre a retina: a radiação LASER provoca lesões irreversíveis na retina.
 Irradiação em focos bacterianos agudos.
 tumores
Contra-Indicações
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é melhor exposição menor do que superexposição.
 desaconselhável o tratamento na gravidez.
 arritmia cardíaca, disfunções tireóideas, marca passos, pacientes em tratamento come esteróides ou fármacos fotossensibilizantes.
Precauções
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Técnicas de aplicação
1 – pontual 
2 – Por zona ou região
3 - Varredura
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Pontual
Marcar pontos na área a ser tratada de 1 em 1 cm.
Aplicar o laser em cada ponto
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Por zona ou região
É necessário fazer o cálculo da área e do tempo de aplicação.
Utilza-se uma lente divergente para divergir os feixes e pegar toda a área.
Colocar a intensidade no free.
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Varredura
É necessário fazer o cálculo da área e do tempo de aplicação.
Colocar a intensidade no free.
Fazer a aplicação “varrendo” a área a ser tratada.
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Cálculo da área
 A = b x h
 A = 2 x 2
 A = 4 cm2
2 cm (b)
2 cm (h)
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 A = π R2
π = 3,14
A = 3 x 22
A = 12 cm2
 R = 2 cm
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Cálculo do tempo
Potência de Emissão do Laser (660 nm ou 830 nm)
Potência média (904 nm) (Pm)
Área a ser irradiada (A)
Densidadede energia desejada (D)
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Fórmula
Tempo necessário =
 D (joules/cm2) x A (cm2)
 Potência de Emissão (W)
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No caso do laser de AsGa (904 nm) devemos utilizar a Potência média no local da Potência de emissão pelo fato de esse laser ser emitido em regime de pulsos.
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Pm = Pp x Tp x Fr
Pm = potência média (W)
Pp = potência de pico (W) – 70 W
Tp = tempo de pulso (S) – 60 ns – 0,00000006 s
Fr = freqüência de repetição do pulso (Hz) – 9500 Hz