Laser

Meccanismo

Un laser crea la luce con azioni speciali che coinvolgono un materiale chiamato "mezzo di guadagno ottico". L'energia viene messa in questo materiale usando una "pompa di energia". Questa può essere elettricità, un'altra fonte di luce o qualche altra fonte di energia. L'energia fa andare il materiale in quello che viene chiamato uno stato eccitato. Questo significa che gli elettroni nel materiale hanno un'energia extra e dopo un po' di tempo la perderanno. Quando perdono l'energia rilasceranno un fotone (una particella di luce). Il tipo di mezzo di guadagno ottico usato cambierà il colore (lunghezza d'onda) che verrà prodotto. Il rilascio di fotoni è la parte di "emissione stimolata di radiazione" del laser.

Molte cose possono irradiare luce, come una lampadina, ma la luce non sarà organizzata in una direzione e fase. Usando un campo elettrico per controllare come la luce viene creata, questa luce sarà di un solo tipo e andrà in una sola direzione. Questa è la "radiazione coerente".

A questo punto, la luce è ancora debole. Gli specchi su entrambi i lati fanno rimbalzare la luce avanti e indietro, e questo colpisce altre parti del mezzo di guadagno ottico, facendo sì che anche queste parti rilascino fotoni, generando più luce ("amplificazione della luce"). Quando tutto il mezzo di guadagno ottico sta producendo luce, questo è chiamato saturazione e crea un fascio di luce molto forte ad una lunghezza d'onda molto stretta, che chiameremmo un raggio laser.

Design

La luce si muove attraverso il mezzo tra i due specchi che riflettono la luce avanti e indietro tra loro. Uno degli specchi, tuttavia, riflette solo parzialmente la luce, permettendone la fuga. La luce che sfugge costituisce il raggio laser.

Questo è un design semplice; il tipo di mezzo di guadagno ottico usato definisce di solito il tipo di laser. Può essere un cristallo, esempi sono il rubino e un cristallo di granato fatto di ittrio e alluminio con il metallo delle terre rare mescolato. I gas possono essere usati per il laser utilizzando elio, azoto, anidride carbonica, neon o altri. I laser grandi e potenti sono di solito laser a gas. Un laser a elettroni liberi usa un fascio di elettroni e può essere sintonizzato per emettere diversi colori. Infine, i laser più piccoli usano diodi semiconduttori per produrre la luce. Questi sono il tipo più numeroso, usato nell'elettronica.

Storia

Albert Einstein fu il primo ad avere l'idea dell'emissione stimolata che poteva produrre un laser. Da quel momento sono passati molti anni per vedere se l'idea funzionava. All'inizio, le persone riuscirono a fare dei maser e più tardi capirono come fare lunghezze d'onda visibili più corte. Fu solo nel 1959 che il nome laser fu coniato da Gordon Gould in un documento di ricerca. Il primo laser funzionante fu messo insieme e gestito da Theodore Maiman agli Hughes Research Laboratories nel 1960. Molte persone iniziarono a lavorare sui laser in questo periodo, e la questione di chi avrebbe ottenuto il brevetto per il laser non fu decisa fino al 1987 (Gould vinse i diritti).

Applicazioni

I laser hanno trovato molti usi nella vita quotidiana e nell'industria. I laser si trovano nei lettori CD e DVD, dove leggono il codice del disco che contiene una canzone o un film. Un laser è spesso usato per leggere i codici a barre o i codici SQR sulle cose vendute in un negozio, per identificare un prodotto e dare il suo prezzo. Il laser è usato in medicina, in particolare nella chirurgia oculare LASIK, dove il laser è usato per riparare la forma della cornea. Si usa in chimica con la spettroscopia per identificare i materiali, per scoprire di che tipo di gas, solidi o liquidi è fatto qualcosa. I laser più forti possono essere usati per tagliare il metallo.

I laser sono usati per misurare la distanza della Luna dalla Terra riflettendo sui riflettori lasciati dalle missioni Apollo. Misurando il tempo che la luce impiega per viaggiare verso la Luna e tornare indietro, possiamo scoprire esattamente quanto è lontana la Luna.

I puntatori laser sono usati dalle persone per indicare un posto su una mappa o un diagramma. Per esempio, i docenti li usano. Inoltre, a molte persone piace giocare con i puntatori laser. Alcune persone li hanno puntati contro gli aerei. Questo è pericoloso, ed è anche illegale in molti paesi. Le persone sono state arrestate e perseguite per questo crimine.

I computer usano comunemente un mouse ottico come dispositivo di input. I moderni puntatori laser sono troppo grandi e potenti per questo uso, quindi la maggior parte dei mouse usano piccoli VCSEL, o "Vertical cavity surface-emitting laser" per questo scopo. Questi laser sono anche usati in DVD, unità CD-ROM e nell'olografia.