Laser

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Componenti di un Laser:
1) Mezzo ottico attivo
2) Energia fornita al mezzo ottico
3) Specchio
4) Specchio semiriflettente
5) Fascio laser in uscita
Laser rosso (635 nm), verde (520 nm), e blu-violetto (445 nm)
Esperimento con un laser

Il laser[1] è un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce coerente, monocromatica e, con alcune eccezioni, concentrata in un raggio rettilineo estremamente collimato attraverso il processo di emissione stimolata.[2] Inoltre la luminosità (brillanza) delle sorgenti laser è elevatissima a paragone di quella delle sorgenti luminose tradizionali.

Queste tre proprietà (coerenza, monocromaticità e alta brillanza) sono alla base del vasto ventaglio di applicazioni che i dispositivi laser hanno avuto e continuano ad avere nei campi più disparati: l'elevatissima brillantezza, data dal concentrare una grande potenza in un'area molto piccola, permette ai laser il taglio, l'incisione e la saldatura di metalli; la monocromaticità e coerenza li rende ottimi strumenti di misura di distanze, spostamenti e velocità anche piccolissimi, dell'ordine del millesimo di millimetro; sempre la monocromaticità li rende adatti a trasportare informazioni nelle fibre ottiche o nello spazio libero anche per lunghe distanze come avviene nelle comunicazioni ottiche.

Funzionamento[modifica | modifica sorgente]

Come dice la stessa sigla (L.A.S.E.R. → Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), la radiazione laser proviene dal processo di emissione stimolata:

M* + hν → M + 2hν

Normalmente la luce che attraversa un materiale viene assorbita dal materiale stesso man mano che avanza, cioè cede energia agli atomi che incontra, eccitandoli, perché li trova in uno stato energetico "basso". Se però interveniamo eccitando gli atomi del materiale con una fonte di energia esterna, allora secondo l'analisi di Einstein le probabilità che avvengano l'emissione stimolata e l'assorbimento sono date dalla percentuale di atomi eccitati a fronte di quella di atomi nello stato energetico base:

Pesp = BN2ρ(ν12)

Pass = BN1ρ(ν12)

dove B è il coefficiente di Einstein, N1 è la popolazione dello stato a energia E1 e N2 è la popolazione dello stato a energia E2; (E2 > E1);
ρ(ν12) è la densità del campo di radiazione alla frequenza ν12 = (E2 - E1)/h; Da questo si vede che se riusciamo a ottenere una inversione di popolazione, cioè se ci sono più atomi eccitati che atomi normali, la luce che attraversa il materiale guadagnerà potenza invece di perderla: cioè verrà amplificata dall'emissione stimolata degli atomi.

In condizioni di equilibrio N1 è sempre maggiore di N2 (perché le popolazioni dei due livelli sono descritte dalla distribuzione di Boltzmann  N_{2}=N_{1}e^{-(E_{2}-E_{1})/kT} , da notare l'esponente negativo) e quindi per ottenere prevalenza dell'emissione stimolata è necessario mantenere il sistema lontano dall'equilibrio, attuando l'inversione di popolazione.

La stimolazione o pompaggio di un LASER può avvenire otticamente o elettricamente. La stimolazione ottica può essere effettuata da un una lampada che avvolge il materiale attivo il tutto all'interno di un uno specchio. In alternativa si può utilizzare una lampada lineare, ma il materiale attivo e la lampada devono essere posti nei fuochi di uno specchio ellittico in modo da far convergere tutti i raggi luminosi sul materiale attivo. La stimolazione elettrica invece avviene mediante l'applicazione di una differenza di potenziale ed è applicabile solo a materiale conduttori come, ad esempio, vapori di metalli.

Caratteristiche della radiazione laser[modifica | modifica sorgente]

Direzionalità
Al contrario delle sorgenti elettromagnetiche tradizionali il laser permette di emettere la radiazione in un'unica direzione. Più precisamente l'angolo solido sotteso da un fascio laser è estremamente piccolo; una buona descrizione della propagazione e collimazione di un fascio laser è data dall'ottica dei fasci gaussiani. Questa caratteristica viene sfruttata in diversi ambiti, per esempio permette di trattare le superfici in maniera estremamente accurata (litografia, CD, etc.). In spettroscopia si ha la possibilità di aumentare notevolmente il cammino ottico e quindi la sensibilità usando una sorgente laser che attraversa il campione con una traiettoria a zig-zag grazie a un sistema di specchi.
Monocromaticità
L'allargamento della banda di emissione è dato dalla larghezza naturale e dall'effetto Doppler (che può essere eliminato o comunque contenuto parecchio). In spettroscopia si sfrutta questa caratteristica per ottenere spettri ad alta risoluzione. Sarebbe molto difficoltoso ottenere gli spettri Raman senza questa caratteristica dei laser.
Brillanza
Nei laser la quantità di energia emessa per unità di angolo solido è incomparabilmente più elevata rispetto alle sorgenti tradizionali. In particolare è elevato il numero di fotoni per unità di frequenza. Questa caratteristica è diretta conseguenza delle due precedentemente citate. Grazie a questa caratteristica si ha la possibilità di osservare fenomeni particolari, come per esempio l'assorbimento a molti fotoni. L'elevata intensità ha trovato anche diverse applicazioni tecnologiche, per esempio nel taglio dei metalli.
Coerenza
Mentre nell'emissione spontanea ogni fotone viene emesso in maniera casuale rispetto agli altri, nell'emissione stimolata ogni fotone ha la stessa fase del fotone che ha indotto l'emissione. La fase viene quindi mantenuta nel tempo e nello spazio. Questa caratteristica ha permesso lo sviluppo della tecnica CARS.
Impulsi ultra-brevi
Con diverse tecniche è possibile costruire laser che emettano pacchetti di onde estremamente stretti nel dominio del tempo, attualmente si è giunti allo sviluppo di impulsi dell'ordine del femtosecondo. Questi laser hanno trovato impieghi in diversi ambiti di ricerca, hanno per esempio permesso la nascita di una nuova disciplina, che è stata chiamata femtochimica.

Classificazione dei laser[modifica | modifica sorgente]

La classificazione dei laser è fatta in base alla potenza[3]:

  • Classe 1; (<0,04 mW): completamente innocui.
  • Classe 2; (<1 mW): normalmente non sono in grado di arrecare danni alla vista (per es. stampanti laser e alcuni puntatori con emissione di luce rossa).
  • Classe 3a;con una lunghezza d'onda da 500 a 700nm (<5 mW): possono danneggiare la vista se usati con dispositivi ottici che riducono il diametro del raggio aumentandone la potenza specifica (per es. puntatori laser con emissione di luce azzurrina).
  • Classe 3b; laser con una lunghezza d'onda da 405 a 700nm (tra 5 e 500 mW): possono danneggiare la vista se il raggio entra nell'occhio direttamente; i raggi diffusi non sono pericolosi ma le riflessioni speculari sono pericolose come il raggio diretto (per es. alcuni tipi di puntatori laser con luce verde e viola).
  • Classe 4; (potenza superiore ai 500 mW): è pericolosa l'esposizione anche al raggio diffuso (laser industriali usati per il taglio dei metalli).

L'ordinanza 16 luglio 1998 pubblicata nella Gazzetta Ufficiale n. 167 del 20 luglio 1998 vieta, su tutto il territorio nazionale, la commercializzazione di puntatori laser o di oggetti con funzione di puntatori laser di classe pari o superiore a Ⅲ (>1 mW), secondo la norma CEI EN 60825[4]; lo stesso provvedimento è emanato nell'Unione Europea dalla direttiva CEI EN 60825/1 e negli Stati Uniti d'America dal "Chapter 21 CFR (the Code of Federal Regulations)".

Bisogna stare attenti ai puntatori laser venduti liberamente su internet di potenze elevate ma comunque spacciati per laser di classe Ⅰ o Ⅱ e quindi di libera vendita, ma seriamente pericolosi per la vista.

I laser in libera vendita non superano i 100m su superfici chiare e i 150m su catarifrangente.

Laser a impulsi[modifica | modifica sorgente]

In relazione all'uso a cui è destinato, spesso è necessario poter disporre di un laser che piuttosto che produrre una emissione continua di radiazione di una data lunghezza d'onda produca invece brevi impulsi di intensità elevata. Per ottenere tale genere di laser si ricorre al Q-switching e al Mode-locking.

Q-switching[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Q-switching.

Il Q-switching è una tecnica che prende nome dal fattore Q, un parametro che esprime la qualità delle cavità risonanti, e permette di ottenere laser con impulsi dell'ordine dei nanosecondi (10−9 s). Il principio sfruttato, in pratica, consiste nell'inficiare momentaneamente l'effetto delle cavità con il risultato di ottenere una concentrazione di energia in un ristretto intervallo di tempo.

Mode-locking[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi mode-locking.

Il mode-locking è una tecnica grazie alla quale, modulando opportunamente le onde che pervengono nelle cavità risonanti, permette di ottenere una intensa interferenza costruttiva con produzione di un raggio laser molto intenso a impulsi dell'ordine del picosecondo (10−12 s) e del femtosecondo (10−15 s).

Laser ai raggi X[modifica | modifica sorgente]

Lo SLAC-National Accelerator Laboratory presso l'Università di Stanford ha realizzato il più potente laser a raggi X al mondo, i risultati pubblicati sulla rivista Nature a gennaio 2012[5].

Il laser è ottenuto bombardando un atomo di neon con un fascio di elettroni che si muovono nel vuoto. Gli elettroni nell'impatto portano l'atomo a cedere energia ad un elettrone del livello energetico più interno e vicino al nucleo, che viene eccitato e espulso dall'atomo; al suo posto, entra dall'esterno un elettrone verso il nucleo, riportando l'atomo di neon alla configurazione energetica iniziale stabile; l'elettrone cede l'energia in eccesso e libera un fotone ad alta energia e lunghezza d'onda ultracorta nell'area dei raggi X. Questo fotone ha una specifica lunghezza d'onda (energia/colore, visibile in giallo) e, arrivato al raggio laser, ne amplifica la potenza fino a 200 milioni di volte. L'intero processo avviene in meno di un millesimo di miliardesimo di secondo.

Per centrare un atomo e ottenere un raggio laser di questa potenza, il fascio di elettroni deve mantenere una precisione estrema, con un errore di traiettoria di 5 micrometri ogni 5 metri di acceleratore percorso.

L'acceleratore utilizzato è lineare lungo 3.219 m (due miglia), per l'esperimento si sono impiegati 12 dei 33 magneti ondulatori posti lungo il percorso per cambiare traiettoria e deviazione del fascio di elettroni.

Il laser può scaldare la materia fino alla temperatura di due milioni di gradi Celsius (3.6 milioni Fahrenheit), tale da portarla dallo stato solido a quello di plasma (fino ad allora ottenuto con laser che partivano da gas).

Grazie alle onde ultracorte dei raggi X, a 1.5 Angstrom (0.15 nanometri, le più piccole mai ottenute), è stato il primo laser in grado di trasformare un solido denso (un foglio di alluminio) in un cubo di plasma uniforme, di un millesimo di centimetro di lato.
Ripete, questa volta con successo, l'esperimento di Rutherford effettuato 50 anni prima, che validò il modello di un atomo, formato da un nucleo denso e una nube che contiene orbite di elettroni.

Il laser pulsa con una frequenza e una luminosità un miliardo di volte superiore a quella delle più moderne fonti di raggi X, tramite laser a sincrotrone.

La luminosità e velocità di questo laser a raggi X permettono di catturare immagini di atomi e molecole in movimento, con una frequenza delle istantanee e una scala temporale dei filmati, senza precedenti.

Questo tipo di laser può diventare uno strumento fondamentale per la ricerca sugli alti livelli di energia, le stelle e i primordi dell'universo, simulando le alte temperature e lo stato di plasma, in particolare la fusione nucleare all'interno del sole; analogamente, per l'infinitamente piccolo, diviene fondamentale per registrare atomi e molecole, per lo studio su metalli, polimeri, ceramiche, semiconduttori,catalizzatori, plastiche.

Costituisce l'avvio di un sistema di produzione dell'energia tramite fusione nucleare, che tuttavia richiede una temperatura di attivazione di almeno 10 milioni di gradi Celsius, ottenibile ponendo cinque di tali fasci laser a raggiera intorno al punto della reazione. Il sistema è rappresentato da una reazione a catena innescata da elettroni su atomo di neon e controllata da magneti ondulatori, dirigendo il laser su un vettore energetico (es. acqua), invece di un solido come nell'esperimento.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

Basi[modifica | modifica sorgente]

Nel 1917 Albert Einstein ha posto le basi teoriche del laser e del maser nell'articolo Zur Quantentheorie der Strahlung (sulla teoria quantistica delle radiazioni) attraverso una riderivazione delle leggi sulla radiazione di Max Planck. Nel 1928 Rudolf W. Ladenburg ha dimostrato l'esistenza dell'emissione stimolata e dell'assorbimento negativo.[6] Nel 1939, Valentin A. Fabrikant predisse l'uso dell'emissione stimolata per amplificare onde corte.[7] Nel 1947, Willis E. Lamb and R. C. Retherford effettuarono la prima dimostrazione dell'emissione stimolata.[6] Nel 1950 Alfred Kastler (vincitore del Nobel per la fisica nel 1966) propose il metodo per il pompaggio ottico confermato sperimentalmente due anni dopo da Brossel, Kastler, and Winter.[8]

Maser[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Maser.

Il primo maser venne costruito da Charles Hard Townes, J. P. Gordon, e H. J. Zeiger alla Columbia University nel 1953. L'apparecchio era simile ad un laser: utilizzava l'emissione stimolata per produrre l'amplificazione delle microonde invece che di onde infrarosse o visibili. Il maser di Townes era incapace di operare in modo continuo, ma Nikolay Basov e Aleksandr Prokhorov risolsero il problema usando più di due livelli di energia.[senza fonte] Charles H. Townes, Nikolay Basov, and Aleksandr Prokhorov ricevettero il nobel per la fisica nel 1964, "per il lavoro fondamentale nel campo dell'elettronica quantistica, che ha portato alla costruzione di oscillatori e amplificatori basati sul principio maser-laser."

Laser[modifica | modifica sorgente]

Il 16 maggio 1960, Theodore H. Maiman azionò il primo laser funzionante a Malibù in California presso i laboratori della Hughes Research.[9][10] Era un laser a stato solido che sfruttava il cristallo di rubino in grado di produrre un raggio laser rosso con una lunghezza d'onda di 694 nm. Sempre nel 1960 Ali Javan, and William R. Bennett, and Donald Herriott costruirono il primo laser a gas utilizzando l'elio ed il neon in grado di produrre un raggio infrarosso (U.S. Patent 3,149,290). Nel 1963 C. Patel mette a punto il laser ad anidride carbonica. Nel 1969 si ha il funzionamento a temperatura ambiente dei laser a semiconduttori (diodo laser).

Il laser in medicina[modifica | modifica sorgente]

Successivamente alla sua invenzione nel 1960, il laser è stato usato diffusamente per scopi medici. La risposta terapeutica dipende in maniera complessa dalla scelta della lunghezza d'onda, dalla durata di irradiazione e dalla potenza del laser. Combinazioni diverse di questi parametri sono impiegate per trasformare l'energia luminosa in energia meccanica, termica o chimica. Generalmente gli effetti meccanici sono prodotti dall'applicazione di brevi impulsi (dell'ordine dei nanosecondi) ed alte energie.

In questo modo onde di stress meccanico possono essere prodotte con sufficiente forza per disintegrare calcoli urinari. Gli effetti termici si ottengono abbassando la potenza del laser. Brevi impulsi laser vengono usati per ablare sottili strati di tessuto in chirurgia rifrattiva, utilizzando luce laser che penetra solo alcuni micrometri nel tessuto. La lunghezza d'onda della luce laser può essere scelta in modo tale che la luce sia assorbita selettivamente dal bersaglio. La coagulazione selettiva delle vene varicose in chirurgia estetica può essere compiuta usando luce laser assorbita selettivamente dall'emoglobina. L'impulso è scelto allora sufficientemente breve così da non arrecare danno al tessuto normale circostante, ma anche lungo a sufficienza da permettere la coagulazione sull'intero diametro del vaso. Con la criolaserforesi si ha invece l'immissione di principi attivi per via cutanea.

Oftalmologia[modifica | modifica sorgente]

Chirurgia refrattiva laser[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi chirurgia refrattiva.

Un altro importante uso medico del laser consiste nella correzione dei difetti refrattivi: miopia, astigmatismo e ipermetropia. In tutti questi casi il profilo della cornea - la superficie oculare trasparente - viene 'modellato' con varie tecniche (PRK e LASIK). Infatti, la cornea funziona come una lente naturale: modificandone la curvatura si varia il fuoco (il punto in cui i raggi luminosi convergono) e si può fare in modo che le immagini arrivino nitide sulla retina.

È importante sottolineare tuttavia che, quando ci si opera col laser, il difetto visivo si corregge ma non si elimina: a livello organico un occhio miope, in quanto più lungo del normale in senso antero-posteriore, rimane della medesima lunghezza, ma questo difetto viene compensato da una correzione artificiale (è un po' come se si portassero delle lenti a contatto naturali permanenti).

Anche se l'intervento generalmente ha buon esito, come tutti gli interventi chirurgici non può raggiungere il 100% dei successi. Ciò significa che talvolta può essere necessario portare ancora occhiali o lenti a contatto, sebbene di gradazione inferiore. L'eventuale insuccesso in genere non dipende tanto da un'imprecisione del macchinario, quanto piuttosto dal fatto che la cornea del paziente ha una cicatrizzazione anomala. L'esperienza accumulata e le curve interpolate sono inserite di serie su tutti i macchinari. L'intelligenza del macchinario dipende totalmente dall'esperienza acquisita in interventi precedenti; la sua precisione sta nell'applicare sulla cornea esattamente le misure di taglio calcolate. Tuttavia, prima dell'intervento si può capire se la cornea è operabile col macchinario in dotazione.

L'intervento ha successo in più del 90% dei casi; non può provocare cecità incurabile; spesso si può rinunciare agli occhiali o alle lenti a contatto. In alcuni casi è necessario un secondo intervento.

Arrivati alla quarta generazione di macchinari attuale, gli "effetti collaterali" (di cui si lamenta un 7% degli operati)[senza fonte] sono: sensazione di corpo estraneo (da secchezza degli occhi), fastidi alla visione notturna, fotofobia, sdoppiamento delle immagini da astigmatismo, aloni, bruciore nei locali chiusi, occhi frequentemente arrossati. Le complicanze possono essere gravi in rari casi, tanto da impedire la guida notturna o il lavoro in ambienti a forte luminosità. Le complicazioni possono manifestarsi fin dai primi giorni dopo l'intervento e possono aggravarsi con gli anni.

Se il trattamento è stato intenso per correggere forti difetti di vista e il lembo da rimuovere per l'incisione laser è cicatrizzato definitivamente, oppure se l'operatore del laser ha commesso errori nel sollevare e riporre il lembo superficiale della cornea, il danno è permanente. Talora, per rimediare a un intervento laser errato, è necessario ricorrere al trapianto di cornea.

Trattamento laser delle emorroidi con tecnica HeLP[modifica | modifica sorgente]

Il trattamento laser delle emorroidi con tecnica HeLP[11] (Hemorrhoidal Laser Procedure) è un intervento mininvasivo, eseguito senza alcun tipo di anestesia con un decorso post-operatorio rapido e indolore. Consiste nella chiusura, con un laser a diodi da 980nm di lunghezza d’onda ed attraverso il canale dell’anoscopio, delle 12 arteriole che irrorano direttamente il plesso venoso emorroidario che va quindi incontro gradualmente ad ostruzione. Le arterie da chiudere vengono individuate in fase intraoperatoria con una sonda Doppler, specifica per questo tipo di tecnica.

Laserterapia retinica[modifica | modifica sorgente]

Il laser retinico viene usato generalmente per cicatrizzare zone di retina malata, al fine di eliminarle o di fissare meglio la retina sana intorno a zone patologiche. L’obiettivo è quello di ottenere delle cicatrici che rinforzino l'adesione della retina agli strati sottostanti (la retina è simile alla pellicola di una macchina fotografica tradizionale su cui si imprimono le immagini). Per l'operazione si impiega un tipo particolare di strumento, detto "argon laser", il cui fascio luminoso ha un’azione termica: riscaldando la zona su cui si punta il raggio, provoca un'infiammazione a cui segue una risposta cicatriziale. Vedi Link

Terapia fotodinamica contro alcuni tumori[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Terapia fotodinamica.

Il laser viene utilizzato come tecnica non invasiva per la completa rimozione di tumori allo stadio iniziale.

Nei tessuti viene iniettato un farmaco innocuo che riconosce e si "incolla" alle sole cellule malate, sensibile alla luce. Al passaggio di un fascio di luce ad una determinata lunghezza d'onda, il farmaco attiva una reazione che ha per protagonista l'ossigeno, ossida e distrugge le sole cellule malate. Il fatto eccezionale è che il farmaco agisce selettivamente e le cellule sane non vengono minimamente intaccate, come purtroppo avviene durante un'asportazione chirurgica.

Per tumori più estesi, serve a circoscrivere la metastasi, ma non guarisce la malattia.

Il laser in fisioterapia[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Laser Nd:YAG.

Altri utilizzi[modifica | modifica sorgente]

Dei laser vengono utilizzati per realizzare effetti speciali durante uno spettacolo

Il laser viene utilizzato nella tecnica in una gran varietà di apparecchiature:

Nelle telecomunicazioni e nelle reti di computer viene utilizzato per trasferire enormi quantità di dati attraverso le fibre ottiche nelle rispettive comunicazioni ottiche.

Viene utilizzato come elemento di lettura nei player di CD e DVD e per la scrittura nei masterizzatori. È inoltre alla base di visioni di ologrammi nell'ambito della tecnica di foto 3D detta olografia.

In ambito industriale il laser viene utilizzato per tagliare o saldare lamiere in metallo anche di elevati spessori. Nel settore del packaging è utilizzato (generalmente in abbinamento ad una testa galvanometrica) per marcare date di scadenza, codici a barre e altre informazioni o per realizzare tagli ed incisioni. In metrologia grazie ai laser si possono effettuare delle misure di estrema precisione nel campo che va dai micron alle decine di metri. In campo edile vengono utilizzate sempre più spesso livelle laser. Si realizzano puntatori per armi, o più pacificamente, per conferenze. Enormi laser permetteranno forse in un prossimo futuro di ottenere reattori nucleari a fusione efficienti.

Nel settore militare i laser vengono utilizzati come componente dei sistemi di puntamento ma il loro uso come arma offensiva o difensiva non è diffuso. I laser hanno ricevuto spesso ingenti fondi ma ottenendo risultati piuttosto modesti. I comandi militari hanno richiesto sistemi laser di elevata potenze (100 KiloWatt almeno) e maneggevoli, cioè apparecchiature trasportabili su mezzi cingolati o su gomma. I ricercatori sono stati in grado di realizzare laser di notevole potenza (anche diversi MegaWatt) e laser portatili ma non sono stati in grado di realizzare sistemi che riunissero entrambi le caratteristiche. Nel febbraio 2007 utilizzando un laser SSHCL (Solid State Heat Capacity Laser) ricercatori statunitensi hanno dichiarato di aver raggiunto potenze di 67 KiloWatt con un dispositivo trasportabile. Il 18 marzo del 2009 la Northon Grumman Corporation ha affermato che i suoi ingegneri hanno costruito e testato con successo a Redondo Beach un laser elettrico trasportabile capace di raggiungere potenze sopra i 100 kW[12] Attualmente[precisare l'arco temporale] cominciano ad apparire le prime armi ad energia diretta basate sull'impiego di laser, un esempio di esse è l'MTHEL (Mobile Tactical High Energy Laser) sviluppato dagli Stati Uniti ed utilizzato anche dall'esercito Israeliano come dispositivo per la difesa di punto, in grado di intercettare missili e proiettili di mortaio distruggendoli in volo mediante il surriscaldamento dell'involucro dell'arma ad opera di un fascio laser a luce infrarossa creato mediante un laser a fluoruro di deuterio.

Il Laser viene utilizzato anche per manipolare la materia a livello atomico. Il laser può essere utilizzato per saldare, dividere o forare elementi a livelli atomici, inoltre viene spesso utilizzato per raffreddare i composti a temperature prossime allo zero assoluto (qualche milionesimo di kelvin sopra lo zero assoluto). Il raffreddamento si ottiene illuminando la materia con i fotoni, sotto opportune condizioni gli atomi assorbono il fotone e ne emettono uno a energia superiore perdendo di conseguenza energia. Si sta studiando la possibilità di utilizzare queste tecniche per raffreddare i semiconduttori.[13]

Il laser può essere infine utilizzato nel mondo dello spettacolo per realizzare show, far comparire scritte o figure, animazioni. Un utilizzo che si presta a utilizzi in spazi interni, ma soprattutto esterni (come nello spettacolo serale di fronte all'area tematica della valle dei re a Gardaland). Basti pensare che il più importante show italiano si è svolto il 10 marzo 2006 nello stadio Olimpico di Torino in occasione della Cerimonia di apertura dei IX Giochi Paralimpici invernali.

Taglio laser[modifica | modifica sorgente]

Il laser può tagliare i materiali in base a tre principi diversi: per vaporizzazione, per fusione o per combustione. In tutti e tre i casi, il processo di taglio si innesca e si mantiene grazie all'energia che il raggio laser può concentrare in un punto molto piccolo. A seconda del tipo di laser, del tipo di materiale e delle potenze in gioco può prevalere l'uno o l'altro meccanismo.

Vaporizzazione e taglio laser[modifica | modifica sorgente]

Laser Nd:YAG, laser ad argon, laser Q-switch e in generale tutti i laser che funzionano ad impulsi: taglio di metalli di piccolo spessore, taglio di plastica e materiali non ferrosi, marcatura, incisione, laser medicali. Ogni impulso scalda istantaneamente il materiale oltre il punto di vaporizzazione, asportandone un piccolo strato (si hanno centinaia o migliaia di impulsi al secondo). Il materiale intorno alla zona di taglio viene riscaldato molto poco. Un discorso a parte vale per i trapani laser per dentisti: questi usano una lunghezza d'onda che viene facilmente assorbita dalle molecole d'acqua. L'acqua presente nei tessuti o sulla superficie del dente assorbe l'energia dell'impulso laser e vaporizza istantaneamente, provocando una serie di microesplosioni che erodono smalto e dentina in modo più sicuro, più preciso, meno traumatico e doloroso di un trapano meccanico.

Fusione[modifica | modifica sorgente]

Laser CO2 ad onda continua di grande potenza, taglio di metalli di grande spessore. Il laser viene usato per portare a fusione un piccolo punto del metallo; il metallo fuso viene soffiato.

Combustione[modifica | modifica sorgente]

Laser CO2 a bassa potenza, bisturi laser. I laser a infrarossi ad onda continua in uso in medicina tagliano per combustione: il raggio scalda il tessuto fino a far evaporare l'acqua contenuta in esso, e poi provoca la combustione del tessuto secco, che viene distrutto. La combustione del materiale asportato è spesso presente anche nei processi di taglio per fusione, dove può fornire un notevole contributo energetico. Questo tipo di laser viene usato per fermare forti emorragie, poiché il laser a infrarossi causa una cauterizzazione della ferita.[14]

Segnali di S.O.S.[modifica | modifica sorgente]

I laser possono essere usati per la segnalazione di una emergenza, puntando il puntatore in cielo e usando un fascio a intermittenza.

Settore Automobilistico[modifica | modifica sorgente]

Nel 2014 il laser entra a far parte dei vari sistemi di illuminazione utilizzati sulle automobili (alogeno, xeno, led). Le prime case automobilistiche ad usare questo sistema sono l'Audi, montandolo sulla Audi R18 e-tron Quattro Laserlight, ovvero l'auto utilizzata dal team Audi nel campionato Endurace, e dalla BMW, che monta le luci al laser sulla BMW i8, autovettura elettrica della casa bavarese. Esse illuminano fino a 600 metri con un consumo di circa 10 Watt garantendo così una visibilità ottimale della strada fino a 250 km/h.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ "Laser" è l'acronimo dell'inglese "light amplification by stimulated emission of radiation" (traduzione letterale: "amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione").
  2. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "laser"
  3. ^ Apparati laser, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Sezione di Padova. URL consultato l'8 giugno 2010.
  4. ^ Gazzetta Ufficiale - Serie Generale n. 167 del 20-7-1998 (abstract) in Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana, nº 167, 20 luglio 1998, p. 14. URL consultato il 20 dicembre 2009.
  5. ^ (EN) Menlo Park, World’s Most Powerful X-ray Laser Creates 2-Million-Degree Matter in SLAC news center, 25 gennaio 2012.
  6. ^ a b Steen, W. M. "Laser Materials Processing", 2nd Ed. 1998.
  7. ^ Il rischio da laser: cosa è e come affrontarlo; analisi di un problema non così lontano da noi, Programma Corso di Formazione Obbligatorio anno 2004, Dimitri Batani (Powerpoint presentation >7Mb), wwwold.unimib.it. URL consultato il 1º gennaio 2007.
  8. ^ The Nobel Prize in Physics 1966 Presentation Speech by Professor Ivar Waller. Retrieved January 1, 2007.
  9. ^ T. H. Maiman, Stimulated optical radiation in ruby in Nature, vol. 187, nº 4736, 1960, pp. 493–494, Bibcode:1960Natur.187..493M, DOI:10.1038/187493a0.
  10. ^ Townes, Charles Hard, The first laser, University of Chicago. URL consultato il 15 maggio 2008.
  11. ^ “Doppler-guided Hemorrhoidal Laser Procedure (HeLP) for the treatment of symptomatic hemorrhoids: experimental background and clinical results of a new mini-invasive treatment.” Surg Endosc. 2010 Oct 26.
  12. ^ Pae Peter, Northrop Advance Brings Era Of The Laser Gun Closer in Los Angeles Times, 19 marzo 2009, p. B2.
  13. ^ Semiconduttori raffreddati con la luce, Gruppo Editoriale L’Espresso Spa, 09 maggio 2007. URL consultato il 20 dicembre 2009.
  14. ^ Brinda R Kamat, John M Carney, Kenneth A Arndt, Robert S Stern and Seymour Rosen, Cutaneous Tissue Repair Following CO2 Laser Irradiation in Journal of Investigative Dermatology, vol. 87, 1986, pp. 268–271, DOI:10.1111/1523-1747.ep12696651. URL consultato il 12 settembre 2013.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Orazio Svelto. Principi dei laser (Tamburini, 1970).
  • (EN) Anthony E. Siegman. Lasers (University Science Books, 1986).
  • Mario Bertolotti. Storia del laser (Bollati Boringhieri, 1999). ISBN 88-339-1198-5
  • Orazio Svelto, Il fascino sottile del laser, (Di Renzo Editore, 2007)
  • Francesco Saverio Martelli, A. De Leo, S. Zinno.Laser in odontostomatologia. Applicazioni cliniche. (Ed. Masson, 2000).

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]