O laser é um dispositivo que emite luz coerente, colimada e monocromática, utilizando o princípio da amplificação da luz por emissão estimulada de radiação. Para medir o perfil de intensidade de um feixe laser, uma técnica bem simples é o método knife edge, que consiste em bloquear gradualmente o feixe com uma lâmina e registrar a variação da potência transmitida à medida que a lâmina avança.
A aplicação de lasers na investigação de muitos fenômenos químicos e biofísicos requer o conhecimento do diâmetro do feixe incidente ou do diâmetro da cintura de um feixe focalizado (ponto focal). O método knife edge é utilizado para determinar o diâmetro e o perfil transversal de feixes de laser, especialmente feixes com distribuição gaussiana. Ele permite medir com precisão o tamanho do feixe em diferentes posições ao longo da propagação, sendo útil para caracterizar a divergência, o ponto de foco e o raio de curvatura do feixe, além de ser uma técnica simples e eficaz mesmo quando não se dispõe de câmeras ou sensores especializados. Embora existam diversas formas de se obter essa informação, muitas delas ou são caras e pouco práticas, ou são complexas demais para serem facilmente reproduzidas em outras aplicações.
Esta é a configuração do experimento: utiliza-se um laser de He-Ne cujo feixe é direcionado a um detector de fotodiodo. Entre o laser e o detector, há um sistema de translação, um equipamento chamado de “translator”, equipado com um micrômetro de um lado e um suporte para uma lâmina do outro. O micrômetro permite ajustar com precisão a posição da lâmina em relação ao feixe. Inicialmente, medimos a intensidade do laser sem nenhum obstáculo entre o emissor e o detector. Em seguida, aproximamos gradualmente a lâmina até que ela bloqueie completamente a passagem da luz amplificada pelo laser.
É possível discutir horas sobre esse experimento, mas sua maior utilidade como dito anteriormente é sua utilidade e simplicidade na aplicação.
Uma variação interessante do método knife edge é conhecida como Rotating Knife Edge ou Chopper Wheel Knife Edge. Nesse método, em vez de se utilizar uma lâmina fixa que se desloca linearmente para bloquear gradualmente o feixe de luz, emprega-se uma roda dotada de lâminas ou fendas, que gira em alta velocidade.
O funcionamento é relativamente simples, porém muito eficiente. Uma roda chopper, que se assemelha a um disco com cortes ou lâminas distribuídas radialmente, gira continuamente e intercepta o feixe de luz. À medida que essas lâminas passam pelo feixe, elas cortam progressivamente diferentes partes da sua seção transversal, bloqueando porções variadas da luz incidente. Um detector, normalmente um fotodiodo, é responsável por medir a intensidade da luz transmitida ao longo do tempo. A forma como essa intensidade varia está diretamente relacionada ao perfil de intensidade do feixe, permitindo que se reconstrua o seu diâmetro ou, em casos mais avançados, até mesmo o seu perfil gaussiano completo.
Existem diversas razões para se adotar a roda giratória em vez da lâmina fixa. Uma das principais vantagens é a possibilidade de realizar medições dinâmicas: como a roda gira continuamente, é possível obter uma varredura repetida e rápida do feixe, tornando o processo muito mais ágil. Além disso, a técnica oferece alta resolução, sendo capaz de medir com precisão feixes muito estreitos, característica fundamental em aplicações que exigem grande exatidão. Outro benefício importante é a redução de vibrações: diferentemente de uma lâmina que precisa ser deslocada mecanicamente em linha reta, o movimento rotativo da roda é mais estável em altas frequências, garantindo maior confiabilidade nos resultados.
Entre as aplicações mais comuns desse método, destacam-se a medição do diâmetro de feixes de lasers — principalmente de lasers de alta potência ou pulsados —, a avaliação do perfil gaussiano ou não-gaussiano de um feixe e a verificação do alinhamento óptico em sistemas que exigem alta precisão.
Um exemplo prático bastante utilizado em laboratórios de óptica é o chopper wheel, que consiste basicamente em um disco metálico com lâminas radiais ou aberturas. Essa roda é acoplada a um motor com rotação controlada, permitindo ajustar a velocidade de corte de acordo com a aplicação. O detector, por sua vez, mede a luz que passa pelas aberturas ou que é bloqueada pelas lâminas, gerando um sinal que é posteriormente comparado a um modelo teórico — normalmente baseado em uma função Gaussiana integrada — para extrair as informações desejadas sobre o feixe.
Em resumo, o método do Rotating Knife Edge oferece medições rápidas, repetitivas e precisas, sendo relativamente simples de implementar em montagens experimentais e contribuindo de forma significativa para o estudo e o controle de feixes de luz em diversos contextos da óptica experimental.
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Conteúdos usados como referência: HECHT, E. óptica. Lisboa : Fundação Calouste Gulbekian, 2002. FOWLES, G. R. Introduction do Modern Optics. New York: Dover Publications, 1989. WANGSNESS, R,K. Electromagnetic Fields. New York: John Wiley & Sons. ARTIGO Measurement of a Gaussian laser beam diameter through the
direct inversion of knife-edge data encontrado em optica.org.
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