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Il laser è un dispositivo che emette un fascio di luce attraverso un processo di amplificazione ottica e basato sull'emissione stimolata di una radiazione elettromagnetica. Il termine laser nasce come acronimo di light amplification by stimulated emission of radiation ("Amplificazione della luce tramite l'emissione stimolata di radiazione" in italiano) nella prima metà degli anni '60 dello scorso secolo, quando Theodor H. Maiman realizza il primo prototipo basandosi sui dati e gli studi Charles Hard Townes e Arthur Leonard Schawlow.
Rispetto alle altre fonti di luce, il laser ha un'emissione coerente: da ciò derivano alcune delle caratteristiche e proprietà che rendono la luce laser unica nel suo genere ed estremamente versatile. La coerenza spaziale, ad esempio, dà modo di emettere una luce concentrata in un piccolo punto e di mantenere la forma anche su lunghe distanze (collimazione); mentre la coerenza temporale permette di emettere luce con uno spettro d'onda molto ristretto, andando così a creare fasci luminosi monocromatici.
Tra le molteplici applicazioni, ricordiamo che il laser è utilizzato in campo informatico all'interno dei lettori ottici (CD, DVD e BluRay), nei processi di stampa ad alta velocità, e nei lettori di codici a barre. Non solo: il laser trova applicazione nel mondo della comunicazione su grandi distanze (basti pensare alla fibra ottica o alla comunicazione ottica in spazio libero); nel mondo della medicina (come bisturi di ultimissima generazione, per incisioni di grande precisione) e della cura del corpo (la laserterapia o l'epilazione laser solo per citare due delle possibili applicazioni); in campo industriale (per tagliare o saldare materiali metallici o nella misurazione di distanze e velocità).
Caratteristiche della radiazione laser
A livello fisico, il laser è caratterizzato da alcune proprietà e caratteristiche che ne amplificano la versatilità e lo rendono utilizzabile nei campi più disparati: dalla laserterapia all'informatica, dalla comunicazione nello spazio libero all'epilazione laser.
- Direzionalità. A differenza delle sorgenti elettromagnetiche tradizionali, il laser può emettere la radiazione in un'unica direzione (l'angolo solido sotteso da un fascio di luce laser è estremamente piccolo). Questa caratteristica può essere utilizzata in diversi ambiti: permette di trattare le superfici in maniera estremamente accurata, rendendo possibile, ad esempio, la lettura delle informazioni su supporti ottici come CD e DVD
- Brillanza. Rispetto alle altre sorgenti di luce, il laser emette una quantità di energia incomparabilmente superiore. In particolare, un fascio di luce laser è caratterizzato da un alto numero di fotoni per unità di frequenza. Ciò permette di utilizzare luce laser nel taglio e nella saldatura di metalli
- Coerenza. Mentre nell'emissione spontanea di luce i fotoni sono emessi in maniera casuale rispetto agli altri, nell'emissione stimolata le particelle di luce mantengono la stessa fase del fotone che ha indotto l'emissione. La fase, quindi, viene mantenuta nel tempo e nello spazio
- Monocromaticità. Sfruttando la coerenza temporale, è possibile restringere di molto l'ampiezza dello spettro di banda visibile e creare fasci di luce monocromatici
- Impulsi ultra-brevi. Si tratta, probabilmente, della proprietà più interessante a livello medico e di cura del corpo. Manipolando l'emissione di luce a livello temporale ? anche in questo caso è determinante la coerenza temporale tipica dei laser ? è possibile emettere impulsi luminosi nell'ordine di pochi femtosecondi (milionesimi di miliardesimo di secondo): questi fasci di brevissima durata possono essere utilizzati nella laserterapia, nell'epilazione laser e nuove discipline come la femtochimica
Applicazioni hi-tech
Negli ultimi anni, il laser trova sempre più spazio nel settore hi-tech- Diversi istituti di ricerca sparsi nel mondo stanno tentando di sfruttare le caratteristiche fisiche del laser per migliorare le prestazioni di diversi dispositivi o tecnologie già esistenti. Ecco come.
Fibra ottica
Nel campo delle telecomunicazioni e del networking, la velocità con cui i bit sono scambiati tra i vari punti della rete è fondamentale per la creazione e sviluppo di servizi interattivi e multimediali sempre più potenti. Per questo motivo diversi centri di ricerca sono al lavoro su nuove generazioni di fibra ottica che permettano di trasportare una quantità di dati maggiore a parità di condizioni ambientali. Un esempio è dato dalla fibra multicore in fase di sviluppo in Olanda e negli Stati Uniti e che dovrebbe garantire picchi di velocità di 255 terabit al secondo.
Computer ottico
La velocità, però, è un aspetto fondamentale anche per lo scambio di informazioni e dati su breve distanza. Per questo motivo il laser ha trovato spazio anche nella progettazione e realizzazione di un computer ottico che dovrebbe garantire non solo un miglioramento delle prestazioni generali, ma anche una maggiore efficienza energetica e minor spazio occupato.
Proiezione di immagini
I laser potrebbero migliorare anche l'esperienza all'interno delle sale cinematografiche. Già utilizzati nella proiezione di ologrammi, i fasci di luce laser potrebbero presto trovare spazio nelle sale di proiezione dei cinema. Questa, almeno, è l'intenzione della statunitense Dolby, che, sfruttando per l'appunto i laser, ha messo a punto la tecnologia Dolby Vision. Sarà così possibile ottenere immagini con maggior definizione e risoluzione, significativamente più luminose e con un migliore contrasto e gamma dinamica.
Chip fotonico
L'ultima frontiera dei laser nel campo hi-tech, però, si ha a livello di componenti hardware per dispositivi informatici. Un esempio è dato dai chip fotonici, processori in grado di scambiare informazioni sfruttando impulsi fotonici anziché impulsi elettronici. Ciò garantisce una maggiore larghezza di banda, riuscendo a trasportare fino a 100 gigabit di dati al secondo, e una migliore efficienza energetica.
