Come funziona un laser?

Il laser (amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni) è un trionfo di ottica moderna.Sfruttando un effetto meccanico quantistico chiamato emissione stimolata, i laser generano un raggio coerente, quasi monocromatico di fotoni.Le fonti di luce non laser generano in genere raggi di luce non focalizzati a una varietà di lunghezze d'onda, che vietano alcune applicazioni.

Per creare un laser, sono necessari due componenti;un mezzo di guadagno e una cavità ottica risonante.Per un mezzo di guadagno, possono essere usati alcuni cristalli, occhiali, gas, semiconduttori e persino liquidi tinti.Il mezzo di guadagno è stimolato da una sorgente di pompa di energia come una corrente elettrica o un altro laser.Il mezzo assorbe l'energia, eccitando gli stati delle particelle nel mezzo.Dopo una certa soglia, chiamata inversione della popolazione, viene raggiunta, la luce che brilla attraverso il mezzo provoca emissione più stimolata, o rilascio di energia, che assorbimento.

Una cavità ottica risonante è una camera di dimensioni appositamente con uno specchio e un'estremità semi-Il Specchio da astuccio dall'altro.Le due superfici riflettenti causano la luce intrappolata all'interno per riflettere avanti e indietro attraverso il mezzo di guadagno, acquisendo una maggiore energia ad ogni passaggio.Quando questo effetto si livella, si dice che il guadagno sia saturo e la luce diventa vera luce laser.Diversi mezzi di guadagno danno origine a laser di diverse lunghezze d'onda.

Due varietà di laser sono continue e impulsi.Il laser continuo è più utile per la maggior parte delle applicazioni, ma l'energia in un laser a impulsi può essere molto grande.Il grado in cui il raggio si discosta nel tempo varia inversamente con proporzione al suo diametro.I piccoli raggi divergono rapidamente, mentre quelli più grandi rimangono coerenti.

Quando il laser fu brevettato da Bell Labs nel 1960, non poteva immediatamente ricevere alcuna applicazione, sebbene la spettrometria, l'interferometria, la fusione radar e nucleare fossero discusse come potenziali aree di interesse.Oggi, il laser è tra i più versatili delle meraviglie tecnologiche, con applicazioni nella conservazione e nel recupero dei dati, nel taglio del laser, nella correzione della vista, nel rilevamento, nelle misurazioni, nell'olografia e nei display e persino alla fusione nucleare.L'intensità di impulso laser massima raggiungibile è aumentata esponenzialmente dalla metà degli anni '80.Un giorno, i laser possono essere utilizzati per generare reazioni di fusione nette che producono energia, fornendo energia per l'intera razza umana.Potrebbero anche essere usati per spingere le vele solari nelle profondità dello spazio esterno.