LASER. Il laser è un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce coerente.

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Gerardina Perini
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1 Cenni storici Le basi di e MASER risalgono al 1917 grazie ad Albert Einstein, il quale formulò la loro esistenza dalla rielaborazione delle equazioni del fisico tedesco Max Planck. Il primo apparecchio funzionante sulla amplificazione di onde elettromagnetiche, tramite una emissione stimolata da una radiazione, fu il MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) nel 1953 alla Columbia University da Charles Hard Townes. Il venne applicato per la prima volta Il 16 maggio 1960 da Theodore H. Maiman a Malibù, in California, presso i laboratori della Hughes Research. Il vero fruitore dei vantaggi del laser è stato Gordon Gould il quale, partendo dai lavori di Townes, costrui la sua fortuna con brevetti relativi al "pompaggio ottico al riscaldamento e vaporizzazione dei materiali, alla saldatura, foratura, taglio, misurazione delle distanze, sistemi di comunicazione, sistemi di fotocopiatura sino oltre a varie applicazioni fotochimiche.

2 Il laser è un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce coerente. Coerenza temporale: la forma dell onda luminosa, elettromagnetica, è una sinusoide che si mantiene, teoricamente all infinito, nella pratica può essere di svariate decine di chilometri (prodotto della velocità della luce per il tempo in cui l oscillazione dell onda è perfettamente sinusoidale). La luce normale possiede una lunghezza di coerenza di pochi centimetri. Coerenza temporale Onda monocromatica Coerenza spaziale: due diverse onde elettromagnetiche, caratterizzate da un certo sfasamento, mantengono quest ultimo costante nel tempo. Coerenza spaziale Fascio di onde unidirezionali e collimate

3 Significato dell acronimo: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Amplificazione di luce tramite emissione stimolata di rsdiazioni Monocromaticità e collimazione determinano una irradianza o densità di potenza elevatissima, superiore a qualsiasi altra sorgente luminosa tradizionale.

4 Applicazioni L'elevatissima irradianza, 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 rende i laser ottimi strumenti di misura di distanze, spostamenti e velocità anche piccolissimi, dell'ordine del micrometro (10-6 m); ottimi trasportatori di informazioni nelle fibre ottiche o nello spazio libero anche per lunghe distanze come avviene nelle comunicazioni ottiche.

5 Principio di funzionamento Il laser è essenzialmente composto da 3 parti: a) Mezzo attivo: mezzo (gas, cristallo, liquido) che emette la luce b) Sistema di pompaggio che fornisce energia al mezzo attivo c) Cavità ottica o risonatore: trappola per la luce 1. Mezzo ottico attivo 2. Energia fornita al mezzo ottico 3. Specchio 4. Specchio semiriflettente 5. Fascio laser in uscita

6 Principio di funzionamento Nel laser si sfrutta il mezzo attivo, il quale possiede la capacità di emettere radiazioni elettromagnetiche (fotoni) quando attivato. Dal mezzo attivo dipende la lunghezza d'onda dell'emissione. Il mezzo attivo, o medium, può essere A. gassoso (ad esempio anidride carbonica, miscela di elio e neon, ecc..), B. liquido (solventi, come metanolo, etanolo o glicole etilenico, a cui sono aggiunti coloranti chimici come cumarina, rodamina e fluoresceina) C. solido (rubino, neodimio, semiconduttori ecc...).

7 Principio di funzionamento Il sistema di pompaggio fornisce energia al mezzo attivo portandolo all'eccitazione con emissione di fotoni. L'eccitazione può avvenire tramite vari metodi, tra i quali troviamo: a) Pompaggio ottico (lampade stroboscopiche, diodi laser, ecc.) b) Urti elettronici (scarica elettrica in gas con sorgente di corrente continua, impulsata, di radio frequenza o una loro combinazione)

Principio di funzionamento Le radiazioni emesse vengono normalmente concentrate attraverso una cavità ottica con pareti interne riflettenti, ed una zona di uscita semiriflettente.

8 Principio di funzionamento Le radiazioni emesse vengono normalmente concentrate attraverso una cavità ottica con pareti interne riflettenti, ed una zona di uscita semiriflettente. Questa ultima superficie è l'unica che permette la fuoriuscita del raggio, il quale viene successivamente lavorato e riposizionato attraverso una serie di lenti e specchi per far sì che il raggio risultante abbia la posizione, concentrazione nonché ampiezza desiderate.

9 Tipologie di laser Il laser Nd:YAG è un laser a stato solido che sfrutta un cristallo di ittrio e alluminio (YAG) drogato al neodimio (Nd:Y 3 Al 5 O 12 ) emette normalmente a 1060 nm o 940 nm. il laser a CO2 emette normalmente a nm.

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