O que é Cavidade laser?

Exemplo 23.11 (O laser de hélio–neônio)

Um tubo de vidro de $30\,\mathrm{cm}$ de comprimento, com $1\,\mathrm{mm}$ de diâmetro interno, contendo hélio e neônio a cerca de um milésimo de atmosfera, atravessado por uma descarga de alguns miliampères. Os elétrons excitam o hélio a um nível metaestável a $20.6\,\mathrm{eV}$, que passa sua energia por colisão a um nível do neônio a quase exatamente a mesma altura; dali o neônio decai para um nível inferior (que se esvazia depressa para o estado fundamental — quatro níveis) emitindo em $632.8\,\mathrm{nm}$. O ganho de pequeno sinal é minúsculo, alguns por cento por passagem, de modo que os espelhos devem ser excelentes ($R_1 = 0.999$, $R_2 = 0.99$) e o tubo, limpo; a linha de ganho é alargada por efeito Doppler até $\Delta\nu \approx 1.5\,\mathrm{GHz}$, os modos estão separados de $c/2L = 500\,\mathrm{MHz}$, de modo que dois ou três modos oscilam ao mesmo tempo. Saída de $1\,\mathrm{mW}$ para vários watts de descarga: eficiência de $10^{-4}$; mas um comprimento de onda definido a $10^{-6}$ e um feixe que permanece com $1\,\mathrm{mm}$ de largura por todo o laboratório.

Exemplo 23.14 (Cortar, ler, apontar)

Um laser de dióxido de carbono de $1\,\mathrm{kW}$ em $10.6\,\text{µ}\mathrm{m}$, com raio de feixe $10\,\mathrm{mm}$, focalizado por $f = 100\,\mathrm{mm}$: $w_0' = 34\,\text{µ}\mathrm{m}$, irradiância de pico $2P/\pi w_0'^2 = 5 \times 10^{11}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ — o aço ferve. Um apontador de $1\,\mathrm{mW}$, $w_0 = 0.5\,\mathrm{mm}$ em $633\,\mathrm{nm}$: $\theta = 0.4\,\mathrm{mrad}$, uma mancha de $4\,\mathrm{cm}$ a $50\,\mathrm{m}$, uma irradiância de $2.5\,\mathrm{kW}/\mathrm{m}^{2}$ na saída — acima da luz do Sol, razão pela qual mesmo um miliwatt jamais deve entrar num olho: o cristalino o focalizaria numa mancha de $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ sobre a retina, a milhões de watts por metro quadrado. Um leitor de disco em $650\,\mathrm{nm}$ com uma lente de abertura numérica $0.6$ focaliza em cerca de $\lambda/2\mathrm{NA} \approx 0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, o tamanho de um sulco.