Lasers (light amplification by stimuled emission of radiation) são dispositivos largamente empregados em instrumentação analítica por possuírem alta sensibilidade, pequenas larguras de banda e, ainda, apresentarem uma natureza coerente de emissão, isto é, produzir feixes de radiação extremamente intensos e espacialmente estreitos. O primeiro laser foi descrito em 1960, e desde então, pesquisadores de diversas áreas do conhecimento têm encontrado numerosas aplicações na investigação de diversos fenômenos químicos e biofísicos. Contudo, a aplicação de lasers para este fim requer o conhecimento prévio das características dessa radiação, ou seja, se o perfil de distribuição espacial de intensidade é do tipo Gaussiano ou não, e ainda qual o diâmetro do feixe (w_o), no caso desse feixe atravessar uma lente convergente, e conseqüentemente suas posições nas regiões: focal (Z_o) e confocal (Z_c). Com o intuito de encontrarmos as características fundamentais de dois tipos de lasers - HeNe e DIODO -, ou seja, w_o, Z_o e Z_c, e ainda verificarmos se estes lasers possuem um perfil Gaussiano com modo transversal eletromagnético fundamental (TEM_oo), propomos neste trabalho uma metodologia experimental simples, alternativa e de fácil desenvolvimento experimental.

Nesta pesquisa foram utilizados dois lasers de HeNe (um com comprimento de onda de 632,8 nm e potência de saída de 5,4 mW e o outro em 543,5 nm e potência de saída 0,3 mW) e um de DIODO com comprimento de onda de 635 nm e potência ajustável, com valor mínimo de 0,15 e máximo de 2,75 mW. Neste modelo, uma lâmina é fixada em um suporte de movimento bidimensional “XY”, e o suporte é fixado em um trilho óptico que se desloca ao longo de uma direção Z, direção de propagação do feixe de laser que cruza uma lente esférica convergente de comprimento focal Z_o. Deste modo, a frente de onda do laser é interceptada em uma direção perpendicular (X) à propagação axial do feixe (Z). O deslocamento gradual da lâmina em X é de aproximadamente 10 mm e é feito manualmente. Em cada posição da lâmina é feita a leitura do sinal (em volts) que chega ao detector. Em toda varredura, ou seja, do sinal máximo até o decaimento para o valor mínimo (zero) obtém-se em média 130 medidas, isso tudo em uma única posição fixa Z. Com essas 130 leituras constrói-se, com o auxílio do programa computacional Microcal Origin, um gráfico da intensidade em função das diferentes posições da lâmina. Todo procedimento adotado para interpretar os dados experimentais serão descritos na próxima seção deste resumo. Vale destacar que as varreduras na direção X foram feitas para 27 posições de Z. Para o laser de DIODO foi possível estudarmos a dependência do perfil de intensidade do laser em função da potência de emissão.

O sinal medido pelo detetor em função da posição X é diferenciado e a curva obtida apresenta o perfil de intensidade do laser. Ajustando esta curva com uma função Gaussiana definida no programa computacional Microcal Origin, encontramos para o caso do laser de HeNe com @ 632,8 nm a cintura em Z_o = (15,05 ± 0,04) cm, com raio do feixe igual a (3,3 ± 0,1)×10^-3 cm. Sendo Z_c = pw_o ²/l, onde l é o comprimento de onda do laser, encontramos o parâmetro confocal (Z_c) igual a (0,54 ± 0,02) cm. O mesmo procedimento experimental foi feito para o laser de HeNe com @ 543,5 nm, e a forma da curva demonstra ser o feixe de laser Gaussiano com modo Transversal Eletromagnético fundamental (TEM_oo). Nas medidas com o laser de DIODO este procedimento não pôde ser adotado, pois o mesmo não apresentou um perfil puramente Gaussiano: para potência alta a curva obtida demonstra ser mais próxima de um perfil Gaussiano, porém quando comparada com o feixe de HeNe a diferença é muito grande. Por não apresentar um perfil de intensidade puramente Gaussiano, não foi possível determinar Z_c nem w_o, através deste modelo experimental, para o laser de DIODO.

Neste trabalho introduzimos um modelo experimental simples para determinar o perfil de intensidade Gaussiano ao longo da direção Z de propagação de um laser. O método foi testado em lasers de HeNe, com perfil de intensidade puramente gaussiano, e de DIODO, não Gaussiano. Após análise dos dados experimentais encontramos os parâmetros ópticos geométricos dos lasers, isto é, w_o, Z_o e Z_c, os quais estão muito próximos dos valores esperados. Este método se mostrou ser muito eficiente e vantajoso em relação a outros métodos tais como “multiphoton ionization yields” e “fluorescence correlation spectroscopy”, que embora possam determinar tais parâmetros, são técnicas altamente complicadas ou contam com procedimento experimental específico que não são fáceis para serem adaptados a outros experimentos. Vale destacar que esta metodologia experimental contribuirá para a montagem da técnica de lente Térmica junto ao Grupo de Espectroscopia Óptica e Fototérmica da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul. Este trabalho foi desenvolvido pelos estudantes de iniciação do grupo, sob orientação dos professores Sandro Marcio Lima e Luis Humberto da Cunha Andrade.