Come funziona un laser?

Il LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) è un trionfo dell'ottica moderna. Sfruttando un effetto meccanico quantistico chiamato emissione stimolata, i laser generano un fascio di fotoni coerente, quasi monocromatico. Le fonti di luce non laser in genere generano fasci di luce incoerenti e sfocati a una varietà di lunghezze d'onda, vietando determinate applicazioni.

Per creare un laser, sono necessari due componenti: un mezzo di guadagno e una cavità ottica risonante. Per un mezzo di guadagno, è possibile utilizzare determinati cristalli, vetri, gas, semiconduttori e persino liquidi colorati. Il mezzo di guadagno è stimolato da una fonte di pompa di energia come una corrente elettrica o un altro laser. Il mezzo assorbe l'energia, eccitando gli stati delle particelle nel mezzo. Dopo che è stata raggiunta una certa soglia, chiamata inversione di popolazione, la luce brillante attraverso il mezzo provoca un'emissione più stimolata o rilascio di energia rispetto all'assorbimento.

Una cavità ottica risonante è una camera di dimensioni speciali con uno specchio su un'estremità e uno specchio semi-argentato sull'altra. Le due superfici riflettenti fanno sì che la luce intrappolata all'interno rifletta avanti e indietro attraverso il mezzo di guadagno, acquisendo maggiore energia ad ogni passaggio. Quando questo effetto si attenua, si dice che il guadagno è saturo e la luce diventa vera luce laser. Diversi mezzi di guadagno danno origine a laser di diverse lunghezze d'onda.

Due varietà di laser sono continue e pulsate. Il laser continuo è più utile per la maggior parte delle applicazioni, ma l'energia in un laser a impulsi può essere molto grande. Il grado di divergenza del raggio nel tempo varia inversamente proporzionalmente al suo diametro. I fasci piccoli divergono rapidamente, mentre quelli più grandi rimangono coerenti.

Quando il laser è stato brevettato da Bell Labs nel 1960, non è stato immediatamente possibile fornire alcuna applicazione, sebbene la spettrometria, l'interferometria, il radar e la fusione nucleare siano state discusse come potenziali aree di interesse. Oggi il laser è una delle meraviglie tecnologiche più versatili, con applicazioni in archiviazione e recupero dei dati, taglio laser, correzione della visione, rilevamento, misure, olografia e display e persino fusione nucleare. La massima intensità di impulso laser raggiungibile è aumentata esponenzialmente dalla metà degli anni '80. Un giorno, i laser possono essere utilizzati per generare reazioni di fusione nette che producono energia, fornendo energia per l'intera razza umana. Potrebbero anche essere usati per spingere le vele solari nelle profondità dello spazio.

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