Che cos'è un laser a impulsi ultrasottili?
Il laser a impulsi ultracorti è un nome generico per qualsiasi tipo di laser che produce impulsi o esplosioni di luce coerente in periodi estremamente brevi, generalmente misurati in picosecondi o femtosecondi. Un picosecondo è un trilionesimo di secondo e un femtosecondo è 1.000 volte più corto di un picosecondo o un quadrillionesimo di secondo. Queste velocità di commutazione per il laser a impulsi ultracorti gli consentono di superare alcuni effetti di degradazione che i normali laser senza impulso incontrano. Ciò offre loro applicazioni nella tecnologia militare, nella comunicazione di dati e nella scienza medica, come per l'uccisione di virus nel corpo attraverso il trattamento laser esterno, senza danneggiare il normale tessuto vivente.
L'intervallo di tempo che la durata dell'impulso si estende nell'attuale tecnologia laser a impulsi ultracorti a partire dal 2011 va da pochi picosecondi per ogni impulso laser fino a 5 femtosecondi. La tecnologia si sta orientando verso la creazione di un laser a impulsi ultracorti nel range di attosecondi, che avrebbe impulsi che si verificavano 1.000 volte più rapidamente di un laser a femtosecondi, o una volta ogni quintillionesimo di secondo. I laser ad attosecondi consentirebbero ai ricercatori di tracciare il movimento degli elettroni attorno ai nuclei atomici in tempo reale, il che aiuterebbe nella ricerca e nello sviluppo sia della fisica che della chimica.
Mentre i primi laser erano basati sulla generazione di fasci di luce coerente utilizzando cristalli di rubino, i laser a femtosecondi utilizzano ossido di alluminio drogato con titanio, un tipo di zaffiro blu-verde prodotto per la prima volta nel 1986 a questo scopo. L'energia tipica dell'impulso da un tale 20 laser a femtosecondi è di circa 3 nanojoule per impulso, o tre miliardesimi di un joule. Poiché si tratta di una quantità estremamente piccola di energia, il raggio viene amplificato utilizzando una fonte esterna di radiazione. I materiali a stato solido hanno dimostrato di essere i migliori amplificatori, con il vetro di itterbio il più efficace e che amplifica l'impulso fino a 100 joule per centimetro quadrato. Primi tentativi con coloranti o neodimio: i cristalli di granato di ittrio e alluminio hanno aumentato l'energia del polso da 1 millijoule a 0,5 joule per centimetro quadrato.
Esistono molte potenziali applicazioni per l'uso del laser a impulsi ultracorti. Porterebbero le comunicazioni in fibra ottica attraverso la trasmissione del segnale luminoso a un nuovo livello, consentendo di trasportare molti più dati su un fascio di impulsi di quanto la fibra ottica sia attualmente in grado di fare a partire dal 2011, dando al termine banda larga un significato completamente nuovo. Potrebbero essere utilizzati anche per l'ablazione di materiali lontano da una superficie e la modifica da solido a gas senza aggiungere calore nel processo, il che migliorerebbe su vari processi industriali di taglio e modellatura di metalli e compositi. La tecnologia offre anche il vantaggio di servire come una forma estremamente precisa di bisturi in medicina per rimuovere tumori cancerosi o riparare la cornea ottica nelle persone con problemi alla vista.