Il laser è un'altra grande invenzione dell'umanità a partire dal 20° secolo, dopo l'energia nucleare, i computer e i semiconduttori. È conosciuto come "il coltello più veloce", "il righello più preciso" e "la luce più brillante". Il 16 maggio 1960 il fisico americano Theodore Maiman inventò il primo laser al mondo. Per la prima volta, l’umanità ha avuto accesso a una fonte di luce così miracolosa con eccellente monocromaticità, alta collimazione e alta densità di energia. Dall'invenzione del primo laser nel 1960, i laser sono stati ampiamente utilizzati nelle comunicazioni, nella medicina, nella produzione industriale, nelle armi militari e in altri campi, diventando una tecnologia interdisciplinare generale-di scopo che ha avuto un enorme impatto sulla ricerca in molte aree e ha promosso il miglioramento dell'efficienza della produzione sociale. Quindi, cos’è esattamente un laser? E come viene prodotto?
Laser è l'acronimo di "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", che significa amplificazione della luce causata dall'emissione stimolata di radiazioni. Quando questa tecnologia fu introdotta in Cina nel 1964, il signor Qian Xuesen le coniò questo nome. Nell'uso popolare, ha anche un nome traslitterato piuttosto impressionante, "leishe". Prima di comprendere i laser, diamo un'occhiata a cos'è la luce.
La luce è prodotta da fotoni. Nel 1905, Albert Einstein introdusse per primo il concetto di fotoni nel suo articolo sull’effetto fotoelettrico. I fotoni sono una delle particelle fondamentali che compongono la materia. I fotoni sono estremamente piccoli e non hanno massa quando sono a riposo. Secondo i principi della meccanica quantistica, quando un elettrone cade da un livello esterno di energia-più elevata a uno interno di energia-inferiore, il nucleo atomico corrispondente rilascia un fotone, producendo così luce. Maggiore è il numero di gusci attraverso i quali passa l'elettrone, maggiore è l'energia del fotone. Questo processo è reversibile; quando un fotone incidente, il nucleo atomico assorbe il fotone e l'elettrone, avendo guadagnato energia, si sposta da un guscio interno a energia-inferiore a un guscio esterno a energia-superiore.
La caratteristica di un laser è che tutti i suoi fotoni si muovono insieme con la stessa lunghezza d'onda e fase. In un sistema atomico, gli elettroni si muovono essenzialmente a strati. Quando un atomo è influenzato dal suo ambiente esterno e gli elettroni ad alta-energia passano a livelli energetici più bassi, si verificano due fenomeni: "emissione spontanea" ed "emissione stimolata". I laser vengono prodotti attraverso l'emissione stimolata. In parole povere, un laser è la “radiazione luminosa” emessa quando gli atomi di una sostanza vengono “eccitati” da una specifica “sorgente di pompaggio”.
Un laser è un dispositivo che genera luce laser, composto principalmente da una sorgente di pompa, un mezzo di guadagno e una cavità risonante. La sorgente della pompa è la sorgente di eccitazione del laser e fornisce energia agli elettroni a bassa-energia per eccitarli a livelli energetici più elevati. Le fonti comuni delle pompe includono l'eccitazione ottica, l'eccitazione della scarica di gas, l'eccitazione chimica e l'eccitazione dell'energia nucleare. La cavità risonante è il circuito tra la sorgente della pompa ed il mezzo di guadagno, solitamente costituito da due specchi con specifiche forme geometriche e caratteristiche di riflessione ottica combinate in modo particolare. Ciò consente alla luce eccitata di viaggiare avanti e indietro più volte all'interno della cavità, formando oscillazioni coerenti e prolungate che vengono amplificate e limitando anche la frequenza e la direzione del raggio luminoso. Il mezzo di guadagno si riferisce al mezzo di lavoro che amplifica la luce.
Da quando Einstein propose l'emissione stimolata nel 1917, gli scienziati trascorsero 43 anni di incessante esplorazione prima di creare finalmente il primo laser al mondo nel 1960. Lo scienziato Maiman, degli Hughes Research Laboratories in California, utilizzò una lampada flash ad alta-intensità per illuminare un rubino, eccitando gli atomi di cromo all'interno del rubino per emettere luce rossa. Praticando un foro nella superficie del rubino, rivestita con uno specchio riflettente, la luce rossa poteva fuoriuscire attraverso questo foro, producendo un fascio di luce rossa stretto e altamente concentrato. Quando questo raggio veniva diretto in un punto, poteva raggiungere temperature superiori a quelle della superficie del sole. Così è nato il primo laser al mondo-il laser a rubino-con una lunghezza d'onda di 0,6943 micrometri. Questo è stato il primo raggio laser mai prodotto dall'umanità.
