Dai Primi Passi del Laser alla Piattaforma Italiana sulla Fotonica. Orazio Svelto Politecnico di Milano Accademia Nazionale dei Lincei

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Guglielmo Repetto
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1 Dai Primi Passi del Laser alla Piattaforma Italiana sulla Fotonica Orazio Svelto Politecnico di Milano Accademia Nazionale dei Lincei Congresso SIF 2010, Alma Mater Studiorum, Bologna 24 Settembre, 2010

2 Sommario I primi sviluppi in campo internazionale I primi sviluppi in Italia Uno sguardo al futuro: la Piattaforma Nazionale sulla Fotonica Alcuni commenti e curiosità dedotti dalla mia personale esperienza

3 I Primi Sviluppi in Campo Internazionale

4 Il Primo Laser Il 16 Maggio 1960 messo in funzione il primo laser della storia (il Laser a Rubino) da parte di Theodore H. Maiman (laboratori di ricerca della Hughes) La comunità scientifica rimase sbalordita: (a) La semplicità dei componenti usati. (b) Le caratteristiche dei livelli energetici. (c) Il tipo di eccitazione (mediante lampada flash)

5 Th.H. Maiman col primo Laser

6 La Corsa a Realizzare il primo Laser La corsa partì dopo la pubblicazione del famoso lavoro di Schawlow e Townes (1958, cioè due anni prima) A.L. Schawlow and C.H. Townes Infrared and Optical Masers Phys. Rev. 112, 1940 (1958) Parecchi laboratori, principalmente negli USA Bell Labs, TRG, Columbia Un., IBM labs, Hughes, American Optical Lebedev Inst., Moscow Power Inst., Oxford Univ. Jeff Hecht, Beam: The Race to Make the Laser, Oxford Univ. Press, Oxford 2005

7 La Storia della Publicazione di Maimam Physical Review Letters rifiutò la pubblicazione del suo articolo (Optical Maser Action in Ruby) Un lavoro con un simile contenuto accettato da Nature Durante la conferenza stampa di New York (7 Luglio) un reprint di un lavoro più esteso fu portato via e pubblicato su una quasi sconosciuta rivista inglese T.H. Maiman, Stimulated Optical Radiation in Ruby Masers, Nature, 187, 493 (1960) T.H. Maiman, Optical Maser Action in Ruby, Brit. Comm. and Electr. 674 (1960)

8 July 7, 1960 New York La Conferenza Stampa

9 Altri Laser Introdotti nel 1960 Pochi mesi dopo: P.P. Sorokin et al. U 3+ :CaF 2 (2,5 µm ) Sm 2+ :CaF 2 ( 700 nm) [laser a 4 livelli, uso di elementi di transizione] Dicembre 1960: A. Javan et al. Laser a He-Ne laser (1.15 µm) [primo laser in continua; primo laser a gas; primo laser eccitato elettricamente] Alla fine del 1960: 4 differenti tipi di laser la porta a tutti successivi sviluppi era aperta P.P. Sorokin and M.J. Stevenson, Stimulated Infrared Emission from Trivalent Uranium, phys. Rev. Letters 5, 557 (1960) A. Javan et al., Population Inversion and Continuous Optical Maser Oscillation in a Gas Discharge containing a He-Ne Mixture, Phys. Rev. Letters, 6, 106 (1961)

10 Il Laser a Rubino e i Laboratori Bell Ottobre 1960 R.J. Collins, D.F. Nelson, A.L. Schawlow, W. Bond, C.G.B. Garrett, W. Kaiser Coherence, Narrowing, Directionality, and Relaxation Oscillations in the Light Emission from Ruby Phys. Rev. Letters 5, 303 (1960) Il laser sbagliato si comportava molto meglio del laser originale! D.F. Nelson, R.J. Collins, and W. Kaiser, Bell Labs and the Ruby Laser, Physics Today January 2010

11 Picture of an Early-day Ruby Laser

12 Direzionalità di un Fascio Laser

13 I Primi Sviluppi in Italia

14 L avvio delle Ricerche Laser in Italia Daniele Sette (Fondazione Bordoni e Univ. Roma) Giuliano Toraldo di Francia (Univ. FI e Centro Microonde) Emilio Gatti (Politecnico di MI e Lab CISE) 1962 Gruppo di Studio CNR per per lo studio dei dispositivi amplificatori di onde elettromagnetiche mediante interazione con la materia 1963 Avvio della Impresa Maser-Laser Progetto Strategico Quinquennale del CNR

15 La Impresa Maser Laser Daniele Sette e Mario Bertolotti, Roma Giuliano Toraldo di Francia, Firenze (Riccardo Pratesi, Anna Maria Scheggi, Pio Burlamacchi, Anna Consortini, Laura Ronchi e Vera Russo ) Tito Arecchi e Alberto Sona (Vittorio De Giorgio, Mario Corti, Marzio Giglio) Milano Orazio Svelto e Carlo Alberto Sacchi, Milano Quasi contemporaneamente: importante attività di ricerca iniziata presso l ENEA

16 Attività di Ricerca Roma [Primo laser a Rubino, 1961, comunicazioni ottiche con i laser, proprietà di coerenza di un fascio laser e confronto con le proprietà statistiche] Firenze [studio dei risonatori ottici, studio della propagazione di fasci laser nella atmosfera, teoria del laser multimodale, sviluppo di alcuni laser (colorante)] Milano, CISE [primi laser italiani a He-Ne, 1962, a CO 2 (1965), ad Ar+ (1965), a He-Cd, e a He-Se, primi laser a GaAs (Gianni Fabri, 1964), primo studio internazionale proprietà statistiche della radiazione laser e della luce termica] Milano, Politecnico [comportamento dinamico di laser a stato solido (mode-locking e studio dei fenomeni ultrarapidi) e metodi per oscillazione sul singolo modo trasversale]

17 La Piattaforma Nazionale Tecnologica sulla Fotonica

18 Origine della Iniziativa In campo europeo è stata varata nel 2006 la Piattaforma Photonics21 La Fotonica è riconosciuta, anche al livello politico, come un settore strategico in alcuni paesi, es: Germania, Regno Unito, specifici programma di finanziamento per la Fotonica Altre nazioni istituito piattaforme specifiche sulla Fotonica (Slovenia e Svizzera nel 2006, Spagna nel 2007, Grecia nel 2008) Necessità di realizzare una Piattaforma italiana per non perdere il passo con la situazione europea e con i relativi finanziamenti

19 Attività Sviluppata ( ) Nomina di un Comitato costituito dai più importanti ricercatori del settore sia in campo accademico che industriale (circa 30 persone) Elaborazione di un libro bianco sulla Fotonica (PHORIT Photonic Research in Italy) Elaborazione di un documento con proposte dettagliate di ricerca nei singoli settori Approvazione (informale) di una Piattaforma Nazionale Tecnologica sulla Fotonica da parte del MIUR (Dr. Criscuoli) Inserimento della Piattaforma nel Piano Nazionale della Ricerca

20 La Fotonica in Italia (2008) 9 miliardi di (2008) (circa il 18% del mercato europeo) Numero di aziende: 200 Numero di addetti: Università e laboratori di ricerca pubblici o privati: 130 unità di ricerca con addetti Formazione: solida tradizione nel campo dell Ottica e della Fotonica con 280 corsi per lauree in Fisica, Ingegneria e Scienze

21 La Situazione Italiana per Settore Illuminazione per i trasporti 22% Illuminazione 27,3% Dispositivi ottici 6,6% Ambiente e beni culturali 6,6% Sensori fotonici 5,5% Biofotonica 5,5% Tecnologie produttive 5,5% ICT 21%

22 IL Futuro della Piattaforma

23 Conclusioni e Prospettive Laser, nei primi anni: Una Brillante Soluzione in Cerca di un Problema Laser, cinquant anni dopo: La Brillante Soluzione di svariati Problemi nella Scienza e nella Tecnologia Una delle più importanti scoperte del secolo scorso (20 scienziati insigniti del Nobel) Destinato a ricoprire un ruolo ancora più importante in questo secolo (Il secolo del Fotone)

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