Cos'è un laser e come funziona?

SAPEVI CHE LA PAROLA LASER
È IN REALTÀ UN ACRONIMO?

La parola LASER sta per "Light Amplication by the Stimulated Emission of Radiation", in italiano “amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione”.

In parole semplici, le particelle di luce (fotoni) eccitate dalla corrente rilasciano energia sotto forma di luce. Questa luce viene direzionata in un fascio. In questo modo si forma il raggio laser. I laser sono tra le più importanti invenzioni dell’umanità e svolgono un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana; sono utilizzati in quasi tutti i settori che possiamo immaginare tra cui l'elettronica, la medicina moderna, la difesa e altro ancora.

Nell’industria i laser vengono utilizzati ogni giorno per: saldatura, taglio, foratura, pulizia, misurazione, rilevamento, incisione, marcatura e altro ancora. Il laser è diventato uno dei nostri strumenti di produzione più potenti!

COME FUNZIONA?

Tutti i laser sono costituiti da 3 componenti:

  • Sorgente Energetica/Pompa Esterna
  • Il mezzo laser attivo
  • Il risonatore

La sorgente pompa conduce l’energia esterna al laser.
Il mezzo laser attivo è collocato all’interno del laser. A seconda della progettazione, il mezzo laser può essere costituito da una miscela di gas (laser CO2), da un corpo di cristallo (laser YAG) o da fibre di vetro (laser fibra). Quando viene trasferita al mezzo laser attraverso la pompa, l’energia è emessa sotto forma di radiazione.

Il mezzo laser attivo è posizionato tra due specchi, il “risonatore”. Uno di questi specchi è unidirezionale. La radiazione del mezzo laser attivo è amplificata dal risonatore. Al tempo stesso, solo una certa radiazione può lasciare il risonatore attraverso lo specchio unidirezionale. Questa radiazione direzionata è la radiazione laser.

Caratteristiche di un raggio laser

La radiazione laser ha 4 proprietà fondamentali:

MONOCROMATICITÀ

La luce naturale comprende una serie di lunghezze d’onda che vanno dagli ultravioletti agli infrarossi. Un laser, invece, è un fascio di luce con una lunghezza d’onda unica. Questa caratteristica è detta monocromaticità. La monocromaticità ha il vantaggio di consentire una maggiore flessibilità del disegno ottico. Questo consente progetti precisi che trasmettono il fascio laser su grandi distanze e che concentrano il laser in un punto molto ristretto.

ALTA DIREZIONALITÀ

Con direzionalità si intende la proprietà di mantenere la direzione della luce mentre viaggia nello spazio. Una direzionalità elevata indica che la direzione viene mantenuta con grande precisione e bassa espansione. La luce naturale è un insieme di fasci di luce che si propagano in tutte le direzioni, la luce del laser invece, ha un’alta direzionalità, il che rende agevole progettare sistemi ottici che impediscono alla luce di espandersi in funzione della distanza. 

COERENZA ELEVATA

La coerenza descrive in che misura la luce interferisce con se stessa. Considerando la luce come un’onda, si può dire che più uniforme è la fase della luce, maggiore sarà la sua coerenza. Dato che la fase, la lunghezza d’onda e la direzione della luce laser non variano, è possibile mantenere un’onda forte e trasmettere i fasci laser su una lunga distanza senza diffusione. Ciò significa che è possibile concentrare la luce in un punto ridotto con una lente.

 

 

ALTA DENSITÀ DI ENERGIA

Dato che i laser hanDato che i laser hanno monocromaticità, direzionalità e coerenza eccellenti, possono essere concentrati in uno spot estremamente ridotto, permettendo così la creazione di luce con un’alta densità di energia. Concentrando la luce laser in un fascio estremamente ristretto, è possibile aumentarne l’intensità (densità di potenza) fino ad ottenere un’energia sufficiente anche a tagliare il metallo.

In virtù di queste proprietà la luce del laser è utilizzata in molte aree della moderna lavorazione dei materiali. L’intensità si mantiene per lungo tempo grazie alla coerenza e può essere direzionata ancora di più con l’ausilio di lenti. Il raggio laser incide sulla superficie del materiale, viene assorbito e quindi riscalda il materiale. Per questa generazione di calore il materiale può essere rimosso o evaporare completamente. Ciò permette di incidere, marcare o tagliare un’ampia gamma di materiali.

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