LASER: PREFAZIONE

By Meccanica Tecnica on 12 Giugno 2022 in Laser

È stupefacente constatare come la fantasia dell’uomo abbia precorso i tempi attuali. Nella Guerra dei mondi – il celebre romanzo di H.G. Wells del 1898 – si descrive un “raggio della morte” e nei fumetti di Flash Gordon degli anni cinquanta vengono usate pistole a raggi di luce; ambedue altro non sono che la versione romanzata di quello che; oggi, si può ottenere con un potente laser.

TERMINE LASER

Il termine laser è ormai noto al grande pubblico e molte delle applicazioni della luce che esso emette sono sotto gli occhi di tutti. Si parla di operazioni chirurgiche e di cure mediche eseguite mediante i raggi laser; si sa che le discoteche usano questi raggi per creare particolari effetti di luce e che, per esempio, brevi impulsi di luce, sempre emessi da laser – viaggiano entro fibre di vetro e sostituendosi agli impulsi elettrici – permettono di realizzare collegamenti telefonici. Il laser è l’elemento essenziale delle stampanti dei quotidiani, di quelle dei computer e di alcuni radar e, inoltre, i suoi raggi permettono di tagliare e forare ogni sorta di materiale, leggere compact-disc, registrare e riprodurre fotografie tridimensionali (ologrammi) ed eseguire altre innumerevoli cose.

Oggigiorno sono stati realizzati un gran numero di laser di differenti dimensioni che emettono luci diverse e hanno nomi diversi: laser a rubino (il primo), laser a elio-neon, a dyes, ecc…

CHE COSA È IL LASER

Ma che cosa in effetti sia un laser e come esso funzioni sono in pochi a saperlo, oltre agli addetti ai lavori. Cercheremo quindi di spiegarlo in modo comprensibile – anche se non potremo prescindere da un certo numero di considerazioni strettamente tecniche – raccontando come si sia arrivati a costruirlo, insieme al maser che è il suo gemello nel dominio delle microonde. Per ora ci limitiamo a dire che il laser è una sorgente di luce con caratteristiche particolari, diverse da qualunque altra sorgente di luce conosciuta, come quella – ad esempio – di una candela o una lampadina elettrica.

Innanzitutto ciascun laser emette luce di un solo colore e non bianca; inoltre la sua luce non viene emessa in tutte le direzioni come fa una normale lampadina, ma esce già collimata in un fascio così stretto che ci è possibile raccoglierlo interamente con una lente e focheggiarlo in un punto di dimensioni piccolissime. Tale differenza risulta evidente se facciamo il confronto con quello che accade quando ci serviamo di una lente per bruciare con i raggi del sole un pezzo di carta o accendere un fuoco. In questo caso riusciamo a captare solo una piccola parte della luce del sole; mentre la possibilità di concentrare in un punto piccolissimo tutta la luce del laser ci fornisce un calore tale da fondere una sottile lastra di metallo, bruciare un pezzo di tessuto biologico, tagliare metalli, plastiche, ceramiche, ecc…

Queste, e altre applicazioni, sfruttano il laser come se fosse una lampadina molto potente, ma ve ne sono anche altre per le quali sono importanti sia il modo con cui viene emessa la luce sia la circostanza che il laser emette luce di un solo colore. Nelle comunicazioni ottiche ambedue le caratteristiche sono fondamentali.

Approfondiremo, dunque, che cosa è la luce e come viene emessa e, a tale scopo, esamineremo come si comportano gli atomi introducendo alcuni concetti della meccanica quantistica atti a descriverli. Parleremo, quindi, dei vari meccanismi d’emissione, ossia dell’emissione spontanea – che è il processo con cui emettono tutte le sorgenti naturali a cui siamo abituati – e dell’emissione stimolata – ovverosia del processo mediante il quale viene emessa la luce di un laser, permettendole di avere le particolari caratteristiche sopra accennate.

Per dare un’idea di quale sia la differenza fondamentale fra le due emissioni pensiamo a un’orchestra sinfonica. Prima che il direttore dia il via, ogni orchestrale accorda il suo strumento senza preoccuparsi del vicino. L’insieme dei suoni che invade la sala è il risultato dell’emissione spontanea e non coordinata dei vari strumenti, che noi possiamo definire un fastidioso rumore. Una sorgente ordinaria emette luce come i suoni incontrollati dell’orchestra: la sua luce è una sorta di rumore. Ma appena il direttore dà il via, tutti gli strumenti all’unisono, secondo le regole stabilite dallo spartito, danno vita a una melodia piacevolissima. In tal caso l’emissione dei suoni è ordinata e guidata (stimolata) dal direttore, similmente a quello che avviene al fascio di luce emesso da un laser dove la funzione del direttore d’orchestra è svolta dalla luce stessa.

STORIA DEL LASER

Cercando di spiegare i vari fenomeni secondo una sequenza storica ricostruiremo, in parte, la stori della luce e i primi passi della meccanica quantistica. Scopriremo così come la scienza si costruisca per gradi, quasi come in un gioco a incastro, e come molte delle idee valide – ma in anticipo nel loro contesto storico – siano a volte destinate a restare incomprese e inutilizzate, mentre altre – quando i tempi sono maturi – possano nascere spesso simultaneamente e indipendentemente nella mente di più persone, come se fossero la inevitabile conseguenza di quelle che le hanno precedute e la premessa indispensabile di quelle che seguiranno.

Prima di cominciare la nostra storia desidero ringraziare gli American Institute of Physics Emilio Segrè Visual Archives che ci hanno concesso l’autorizzazione a riprodurre le illustrazioni pubblicate nei prossimi articoli, e il dottor Leopoldo Stefanutti che ha fornito le fotografie. Infine un ringraziamento speciale a quelli che fin ora ci hanno seguito e sostenuto, così facendo notevolmente migliorare i nostri contenuti.

Vi consiglio l’acquisto libro: CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI

Vi consiglio l’acquisto Laser: CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA

Vi consiglio l’acquisto macchinari c.n.c.: CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI

Vi consiglio l’acquisto : CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI

Vi consiglio l’acquisti accessori: CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA – CLICCA QUI – CLICCA QUA