I laser, che stanno per Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, sono dispositivi che emettono luce altamente focalizzata, coerente e monocromatica. A differenza delle normali sorgenti luminose, i laser producono una luce molto precisa e può essere controllata con elevata precisione. Questa lezione esplora i principi dei laser, i loro tipi e applicazioni, in particolare nel campo dell'ottica.
Al centro del funzionamento del laser c’è il processo di emissione stimolata. Questo processo comporta l'amplificazione della luce mediante l'eccitazione degli elettroni in un mezzo (gas, solido o liquido) ad un livello energetico più elevato. Quando questi elettroni eccitati ritornano ad un livello energetico inferiore, emettono fotoni (particelle di luce) con energia specifica. È importante sottolineare che questi fotoni stimolano altri elettroni eccitati a emettere fotoni aggiuntivi, creando una reazione a catena che amplifica la luce.
I tre componenti principali di un laser sono:
La chiave per il funzionamento del laser è raggiungere uno stato chiamato “inversione di popolazione”, in cui nello stato eccitato si trovano più elettroni nel mezzo di guadagno che nello stato di energia inferiore. Questa condizione è necessaria affinché l’emissione stimolata prevalga sull’assorbimento.
I laser possono essere classificati in base al loro mezzo di guadagno:
I laser hanno trasformato numerosi aspetti dell'ottica e hanno trovato ampie applicazioni:
Sebbene per esperimenti approfonditi con i laser siano necessarie apparecchiature complesse, l'osservazione dei modelli di interferenza delle luci laser può fornire informazioni sulle loro proprietà.
Schema di interferenza: quando la luce laser passa attraverso due fenditure ravvicinate (una configurazione nota come esperimento della doppia fenditura di Young), crea uno schema di interferenza su uno schermo posizionato dietro le fenditure. Questo modello di bande chiare e scure dimostra la natura ondulatoria della luce e la coerenza della luce laser. La distanza tra queste bande può essere data dall’equazione:
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)dove \(D\) è la distanza tra bande luminose o scure adiacenti, \(\lambda\) è la lunghezza d'onda della luce laser, \(L\) è la distanza dalle fenditure allo schermo e \(d\) è la distanza tra le due fenditure.
Comprendere i laser e i loro principi non solo approfondisce il campo dell’ottica, ma apre anche le porte a innovazioni nella comunicazione, nella sanità e in varie esplorazioni scientifiche. La loro precisione e la possibilità di essere meticolosamente controllati rendono i laser strumenti indispensabili nella tecnologia e nella ricerca moderne.
