Laser a eccimeri

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Un laser a eccimeri (o laser a ecciplessi) è un dispositivo che produce luce laser nella regione dell'ultravioletto, impiegato nella chirurgia refrattiva e nella produzione di semiconduttori.

Il termine eccimero è la contrazione di dimero eccitato e si riferisce al materiale con cui la luce laser viene prodotta.

Il primo laser a eccimeri è stato inventato nel 1971 da Nikolaj Basov, V. A. Danilyčev e Ju. M. Popov presso l'istituto di Fisica "Lebedev" di Mosca. Utilizzava un dimero di xeno (Xe2) eccitato con un fascio di elettroni per stimolare un'emissione di luce coerente alla lunghezza d'onda di 172 nm. I successivi miglioramenti della tecnica hanno visto l'impiego di alogenuri dei gas nobili, tra cui il bromuro di xeno (XeBr).

L'emissione di luce laser è resa possibile dal fatto che una molecola di eccimero possiede uno stato eccitato di legame ed uno stato fondamentale di non-legame, questo perché i gas nobili sono normalmente inerti e non formano legami chimici con altri elementi. Tuttavia, quando vengono eccitati (tramite una scarica elettrica o un fascio di elettroni) gli atomi dei gas nobili possono legarsi temporaneamente in dimeri (molecole composte da due atomi di gas nobile) o complessi con atomi di alogeni. Tali dimeri e complessi cedono il loro eccesso di energia emettendo un fotone e tornando nel loro stato fondamentale, dove nell'arco di pochi picosecondi si dissociano nuovamente in atomi isolati.

La maggior parte dei laser a eccimeri funziona con alogenuri di gas nobili. La lunghezza d'onda della luce laser prodotta dipende dalla molecola usata; in genere la luce prodotta ricade nelle frequenze dell'ultravioletto.

Eccimero Lunghezza d'onda
F2 157 nm
ArF 193 nm
KrF 248 nm
XeBr 282 nm
XeCl 308 nm
XeF 351 nm
CaF2 193 nm
KrCl 222 nm
Cl2 259 nm

I laser a eccimeri funzionano generalmente a impulsi, con una frequenza di circa 100 Hz ed una durata dell'impulso di circa 10 ns, vi sono anche modelli che operano a 200 Hz e 30 ns.

L'elevata energia della luce ultravioletta li rende utili in microchirurgia (in special modo quella oftalmica), nella litografia, nella produzione di semiconduttori e in applicazioni dermatologiche.

Sono dispositivi piuttosto grossi e ingombranti, questo è uno svantaggio in campo medico; tuttavia il progredire della tecnica sta riducendo le dimensioni dei dispositivi.

Un laser ad eccimeri utilizza tipicamente una combinazione di un gas nobile (argon, kripton o xenon) e un gas reattivo (fluoro o cloro). Sotto le condizioni appropriate di stimolazione elettrica e ad alta pressione, viene creata una pseudo-molecola chiamata eccimero. Questa è stabile solo in uno stato eccitato e può dar luogo a luce laser nella regione ultravioletta.

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