IL LASER
Il laser (acronimo dell'inglese «light amplification by stimulated emission of radiation», in italiano "amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione") è un dispositivo optoelettronico in grado di emettere un fascio di luce coerente. Il termine si riferisce oltre che al dispositivo anche al fenomeno fisico dell'amplificazione per emissione stimolata di un'onda elettromagnetica.
La paternità dell'invenzione del laser non è stata attribuita con certezza ed il laser è stato oggetto di un trentennale contenzioso brevettuale. Il 16 maggio 1960, Theodore H. Maiman azionò il primo laser funzionante a Malibù in California presso i laboratori della Hughes Research. Era un laser a stato solido che sfruttava il cristallo di rubino in grado di produrre un raggio laser rosso con una lunghezza d'onda di 694 nm. Sempre nel 1960 Ali Javan, William R. Bennett e Donald Herriott costruirono il primo laser utilizzando l'elio ed il neon, definito maser ottico a gas, in grado di produrre un raggio infrarosso. Nel 1963 K. Patel dei Bell Laboratories mette a punto il laser ad anidride carbonica. Tre anni prima Gordon Gould, che aveva incontrato e discusso con Townes, si era annotato vari appunti sull'utilizzo ottico dei maser e sull'utilizzo di un risonatore aperto, dettaglio poi successivamente comune in molti laser. Ritenendosi inventore del laser, Gordon Gould aveva depositato presso un notaio i suoi appunti, ma nel contenzioso legale che ne nacque, non gli venne riconosciuta dall'ufficio brevetti la paternità dall'invenzione. Nel 1971 Izuo Hayashi e Morton B. Panish dei Bell Laboratories disegnano il primo laser a semiconduttori (diodo laser) in grado di operare in continua a temperatura ambiente. Nel 1977 viene attribuito un brevetto per il "pompaggio ottico" a Gordon Gould e nel 1979 un brevetto descrive una grande varietà di applicazioni del laser, incluso riscaldamento e vaporizzazione dei materiali, saldatura, foratura, taglio, misurazione delle distanze, sistemi di comunicazione, sistemi di fotocopiatura oltre a varie applicazioni fotochimiche. Anche se non è mai stata attribuita a Gordon Gould l'invenzione del laser, per i suoi brevetti successivi, ha incassato, da chi ha sviluppato sistemi laser per applicazioni o con soluzioni da lui inventate, royalties milionarie.
Il laser, acronimo di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificazione di luce attraverso emissione stimolata di radiazione) è un dispositivo che permette di ottenere fasci di luce molto intensi che, a differenza della luce ordinaria (come, per esempio, quella del Sole o di una comune lampadina), è monocromatica (tutta della stessa lunghezza d'onda) e coerente (i fotoni risultano tutti in fase nello stesso istante). In un fascio di luce comune i fotoni, oltre a differire per lunghezza d'onda, interferiscono tra loro e viaggiano in direzioni diverse e in parte si disperdono nello spazio. In un fascio di luce coerente, come il laser, è possibile concentrare in un piccolissimo spazio una grande quantità di energia e il fascio di luce è facilmente direzionabile, il che lo rende molto utile per un gran numero di applicazioni diverse (misure a distanza, sistemi di puntamento, taglio e saldatura di metalli nell'industria, interventi chirurgici di precisione ecc.).
L'emissione stimolata di radiazione avviene attraverso la somministrazione di una quantità di energia pari alla differenza di energia tra due livelli quantici, in modo che l'elettrone viene portato a un determinato livello energetico. Nel ritornare allo stato fondamentale, l'elettrone emette sia il fotone assorbito, sia quello dovuto al salto stesso: i fotoni emessi possono a loro volta stimolare l'emissione di altri elettroni presenti sul medesimo livello energetico iniziale. Poiché il salto avviene sempre tra gli stessi livelli, i fotoni emessi hanno tutti la stessa energia e la stessa lunghezza d'onda, quindi la radiazione che si genera è monocromatica. Il meccanismo dell'emissione stimolata produce l'emissione di fotoni in concordanza di fase, perché il processo di emissione a valanga stimolato avviene contemporaneamente e il fascio che ne risulta è costituito da onde in fase, e si dice che è un fascio coerente. La struttura di un laser è costituita da un materiale attivo da cui viene emessa la luce, materiale che può essere un cristallo, un gas o una soluzione, e da un dispositivo destinato a fornire energia agli atomi del materiale attivo. Normalmente il materiale attivo è posto tra due specchi piani e paralleli tra loro, uno completamente riflettente e l'altro semiriflettente, in modo che i fotoni emessi, rimbalzando sugli specchi, attraversano più volte il materiale attivo e contribuiscono a stimolare il maggior numero di emissioni prima di uscire dallo specchio semiriflettente. Poiché i fotoni vengono emessi tutti nella stessa direzione, il fascio risultante da un laser è altamente collimato.
