Il laser
Il laser è un fascio di luce intenso e stimolato artificialmente.
Cosa significa laser
Il laser è l'acronimo inglese di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
Il significato letterale dell'acronimo è abbastanza chiaro, il laser è un fascio di luce amplificato ( Light Amplification ) tramite l'emissione stimolata della radiazione ( Stimulated Emission of Radiation ).
Come funziona il laser
Il funzionamento del laser è spiegabile nella fisica quantistica con il fenomeno fisico dell'assorbimento e dell'emissione dei fotoni.
In un dispositivo laser si fornisce artificialmente all'elettrone una quantità di energia pari alla differenza energetica tra due livelli energetici quantici.
Quando l'elettrone assorbe l'energia si sposta in un'orbitale più esterno dell'atomo ( salto quantico al livello superiore ).
Successivamente, l'elettrone perde energia e torna allo stato fondamentale nell'orbita più interna ( salto quantico al livello inferiore ) rilasciando l'energia in eccesso sotto forma di emissione di un fotone.
I fotoni rilasciati dall'atomo sono orientati in un'unica direzione nello stesso istante, dando così origine alla luce laser.
Come costruire un dispositivo laser
Un laser è composto da un materiale attivo ( gas, cristallo, o soluzione ) posto tra due specchi, uno dei quali è semiriflettente.Un dispositivo esterno fornisce energia al materiale attivo per generare l'emissione dei fotoni.
I fotoni rimbalzano più volte tra i due specchi, colpiscono gli elettroni del materiale attivo e generano altri fotoni.
Alcuni elettroni non rimbalzano sullo specchio semiriflettente e fuoriescono nello spazio esterno sotto forma di fascio di luce laser.
Qual è la differenza tra la luce normale e il laser
In un fascio di luce normale i fotoni si muovono in modo asincrono, hanno diverse lunghezze d'onda e si spostano in direzioni diverse.
Se non ci sono ostacoli, la luce normale si diffonde nello spazio circostante in ogni direzione.
Viceversa, in un fascio di luce laser i fotoni sono emessi nello stesso istante ( luce coerente ) e sono sincroni. Hanno la stessa lunghezza d'onda ( luce monocromatica ).
Inoltre, i fotoni della luce laser seguono tutti la stessa direzione. La luce è concentrata in un punto preciso e non si disperde nello spazio circostante. Il fascio della luce laser è facilmente direzionabile.
Nota. Per questa ragione vediamo nell'oscurità la lucetta dei dispositivi di puntamento laser. La zona intorno al punto resta buia perché non è colpita dai fotoni.
Essendo più concentrata, la luce laser è più intensa di fotoni e trasmette una maggiore quantità di energia.
Perché i fotoni della luce laser hanno la stessa lunghezza d'onda?
L'emissione stimolata dei fotoni ha origine dallo stesso livello energetico in tutti gli atomi, perché l'energia fornita è esattamente pari a quella che permette un salto quantico.
Pertanto, quando tornano allo stato fondamentale gli elettroni emettono dei fotoni con la stessa energia.
Perché la luce laser è coerente?
I fotoni sono emessi tutti nello stesso momento. Gli elettroni assorbono l'energia e la rilasciano emettendo un fotone nel medesimo istante temporale.
I fotoni emessi dagli elettroni possono essere assorbiti da altri atomi e generare indirettamente ( effetto a valanga ) altri fotoni stimolati. Tuttavia, anche questi fenomeni si svolgono quasi contemporaneamente ai precedenti.
In conclusione, il fascio di luce laser è composto da fotoni con la stessa lunghezza d'onda ( stessa quantità di energia ) e in concordanza di fase ( stesso istante temporale ).
Quali sono le applicazioni del laser
La tecnologia laser è utilizzata in diversi ambiti:
- puntatori laser
- misurazione distanze
- strumenti industriali per il taglio di precisione
- saldatura dei metalli
- microchirurgia
