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La fisica moderna

Il laser

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.

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