Il laser

Sommario

Tutte le sorgend di luce utilizzate prima dell’invenzione del laser sono basate sul seguente meccanismo: si fornisce energia ad un insieme di atomi che, una volta eccitati, riemettono spontaneamente l’energia acquisita sotto forma di onde elettromagnetiche a frequenze ottiche. I processi di emissione spontanea di atomi diversi sono mutuamente indipendenti: ogni atomo eccitato emette in una direzione casuale e l’onda emessa ha una fase casuale. Di conseguenza, le sorgenti convenzionali sono intrinsicamente caotiche. Il laser è una sorgente di luce completamente diversa da quelle convenzionali perché utilizza l’emissione stimolata invece dell’emissione spontanea, il che significa che gli atomi emettono in modo cooperativo, generando un fascio di luce monocromatico (cioè, ad una sola lunghezza d’onda) e collimato (cioè, che si propaga in una direzione ben precisa anziehé sparpagliarsi in tutte le direzioni). L’ingrediente fondamentale del laser è l’amplificatore ottico, che è un dispositivo attivo in grado di amplificare un segnale luminoso. Per ottenere una sorgente di intensità costante che sia monocromatica e direzionale non è però sufficiente disporre di un amplificatore: occorre infatti creare nel dispositivo un meccanismo interno di selezione della lunghezza d’onda e della direzione di emissione che sia basato sulla retroazione (“feedback”) positiva. Tale meccanismo trasforma l’amplificatore in un oscillatore: il laser è, in effetti, un oscillatore, anche se il termine laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) è nato per descrivere l’amplificatore. In questo capitolo, dopo aver fatto cenno alle sorgenti di luce convenzionali e dopo una breve introduzione storica alla Fotonica, viene esposto lo schema generale dell’oscillatore come amplificatore reazionato. Attraverso una trattazione elementare dell’interazione fra un fascio di luce ed un insieme di atomi, sono ricavate le condizioni sotto cui è possibile ottenere amplificazione di un segnale luminoso. Dopo aver discusso lo schema del laser, sono descritti brevemente alcuni tipi di laser a stato solido e di laser a gas. Il capitolo termina con dei commenti alle proprietà di direzionalità e monocromaticità della radiazione emessa dal laser.