stefjnoskynov <stefjnoskynov_at_inwind.it> ha scritto:
> [...] cos'� il
> laser?
LASER significa Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation, ovvero luce amplificata a mezzo di emisione stimolata di
radiazione. Un laser, quindi, altro non e` che luce. Luce amplificata
e questo fatto a mezzo di un fenomeno chiamato emissione stimolata.
Nonostante sia altisonante non si tratta di nulla di mostruoso.
Consideriamo di avere un materiale attivo. Per quello che importa
adesso un materiale attivo e` soltanto un materiale che fa quanto sto
per descrivere.
In questo materiale attivo una quantita` cospiqua di elettroni sono
eccitati. Questi elettroni "preferiranno" tornare ad un livello
rilassato. Capitera` quindi che un elettrone torni ad un livello meno
energetico (per occupare il quale occorre meno energia). Per fare
questo emettera` la differenza di energia sotto forma di un fotone ad
una lunghezza d'onda caratterizzata dalla quantita` di energia. Questo
fenomeno e` chiamato emissione spontanea. A questo punto c'e` la luce
che di cui nel nome, che dovra` essere amplificata.
Il fotone emesso spontaneamente attraversera` il materiale attivo,
incontrando atomi ancora eccitati. Al suo passaggio e` possibile che,
elettoni eccitati, effettuino lo stesso passaggio fatto dal primo
emettendo fotoni perfettamente uguali (questo lo spiego dopo) a quello
emesso dal primo elettrone che si e` rilassato. Questo fenomeno e`
chiamato emissione stimolata. Gli stessi fotoni cosi` originati sono
in grado di causare emissione stimolata in altri atomi ancora
eccitati.
E` anche possibile che un fotone capiti su di un atomo che ha gia`
lasciato lo stato eccitato per quello di quiete, in tal caso e`
possibile che sia assorbito riportando l'atomo in uno stato eccitato.
Questo e` detto assorbimento.
Sara` cura di chi progetta il laser fare si che ci siano piu` atomi
eccitati che rilassati e che quindi ci siano piu` emissioni stimolate
che assorbimenti. Per fare questo, ad esempio, si continua a eccitare
gli atomi come ha fatto all'inizio (questo puo` essere fatto in vari
modi, ma puo` anche non essere fatto affatto e quindi il laser, dopo
un po', si fermera`).
Adesso immagino sia chiaro quale sia la "quantita` cospiqua" di cui
parlavo all'inizio. Fintanto che il numero di atomi eccitati e`
maggiore di quello di atomi a riposo (la situazione e` detta
inversione di popolazione) il materiale sara` il grado di emettere per
emissione stimolata piu` di quanto non assorbe e quindi di
amplificare.
Quindi avremo a che fare con della luce amplificata a mezzo di
emisione stimolata di radiazione, quindi LASER :)
Per sfruttare ancora di piu` l'amplificazione (ma anche per altre
ragioni), spesso (leggi pure "sempre") il materiale attivo viene messo
in un risonatore Fabry-Perot. Questo e` un nome altisonante per,
essenzialmente, due specchi paralleli posti l'uno di fronte all'altro.
La luce, prodotta ed amplificata, continua a *rimbalzare* ed ad
attraversare avanti ed indietro il materiale attivo, amplificandosi
ancora di piu`, fino a che non diventa abbastanza forte da
attraversare uno dei due specchi che e` solo semiriflettente.
La lughezza d'onda di questa luce puo` essere molto varia ed esistono
laser sia nell'infrarosso, che nell'ultravioletto, che in vari colori
della luce visibile.
A questo punto, dato che un raggio laser altro non e` che luce, ti
chiederai che cosa lo rende speciale.
Citando un famoso testo sui laser (Orazio Svelto, _Principi Dei
Laser_, Tamburini Editore, Milano 1972; molto completo, ma non credo
adatto a te):
Le caratteristiche piu` peculiari del fascio d'uscita di un laser
sono: (a) Direzionalita`, (b) Monocromaticita`, (c) [Coerenza,]
Brillanza.
Spiegandolo a mie parole.
(a) Direzionalita`
Come ho detto prima i fotoni emessi per emissione stimolata sono
*uguali* a quello che ha stimolato l'emissione quindi andranno anche
nella stessa direzione. Devi pensare che di questi gruppetti di
elettroni se ne sono creati parecchi in varie direzioni, ma molti sono
andati a finire sulle pareti del contenitore che rachiude l'apparato o
si sono persi altrove e solo quelli che si muovevano lungo l'asse sono
riusciti ad attraversare tutto, a rimbalzare sugli specchi ed andare
avanti ed indietro fino a raggiungere l'intensita` necessaria ad
uscire dallo specchio semiriflettente.
(b) Monocromaticita`
I fotoni sono tutti *uguali*, quindi avranno anche la stessa
frequenza, quindi lo stesso colore (un po` sbrigativo ma, spero,
corretto, anche se c'e` anche altro che eleva i "due specchi" al
*rango* di cavita` risonante).
(c) Coerenza
Qui serviranno le tue conoscenze di fisica 1. Considera due onde (su
una corda o elettromagnetiche e` lo stesso). Se la differenza di fase
tra due punti del fronte d'onda e` ad uncerto istante zero e resta
zero per gli istanti successivi, allora le onde sono coerenti
spazialmente.
Considera un'onda come sopra. Se la differenza di fase in un punto
generico trin un istante t ed uno t+tau e` la stessa per qualsiasi t,
l'onda avra` coerenza temporale.
(d) Brillanza
E` la potenza emessa per unita` di superficie e di angolo solido
(l'angolo un tre dimensioni). Per i laser e` molto alta.
Il laser, comunque, non e` nulla di magico o di mistico: pensa che
basta un po'di abilita` manuale e del materiale facilmente reperibile
da uno sfasciacarrozze per costruirsi in casa un laser che usa l'azoto
a pressione atmosferica come materiale attivo ed emette nel vicino
ultravioletto!
Inoltre il grosso dei laser usati come puntatore sono laser a tutti
gli effetti.
> Invisibile all'occhio umano, non � vero? Mi potete
> spiegate un po questa cosa x favore?
Per quanto riguarda il fatto che i laser non siano visibili
all'occhio umano, non e` vero, poiche' esistono tanto laser che
emettono fuori dall'intervallo visibile (tanto negli infrarossi che
negli ultravioletti) che dentro.
Se invece ti riferivi a convinzioni derivanti da affermazioni del
tipo "Nel tal film di fantascienza si vedeva la tal astronave che
sparava sulla tal'altra un laser ed il raggio si vedeva quando non
arebbe dovuto" allora la questione e` diversa.
Per vedere qulcosa occorre che della luce partita da quel qualcosa
raggiunga il tuo occhio (ma vale in genere anche per gli altri
strumenti di osservazione). Il laser emette in una sola direzione
(quella verso cui e` puntato) e nulla nella altre. Quindi, a meno di
non puntarsi un laser in un occhio (NON FARLO, per carita`: sarebbe
l'ultima cosa che vedi con quell'occhio) e` naturale che non si veda
nulla.
Se si desidera mettere in evidenza il percorso di un laser sara`
sufficiente mettere delle particelle sul suo cammino. In tal caso le
particelle rifletteranno il laser in tutte le direzioni. In sostanza,
vedrai le particelle, ma solo laddove sono illuminate dal laser e
quindi metterai cosi` in evidenza il percorso del laser stesso.
All'atto pratico questo si traduce nel far passare il laser per un
po' di fumo od una nuvoletta di polvere di gesso (facilmente
ottenibile battendo un cancellino da lavagna, a patto poi di pulire :)
Spero di essere stato almeno chiaro,
Valerio
Received on Thu Feb 28 2002 - 08:34:21 CET
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