Il LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) è un trionfo dell’ottica moderna. Sfruttando un effetto quantomeccanico chiamato emissione stimolata, i laser generano un fascio di fotoni coerente, quasi monocromatico. Le sorgenti luminose non laser in genere generano fasci di luce incoerenti e non focalizzati a una varietà di lunghezze d’onda, impedendo determinate applicazioni.
Per creare un laser, sono necessari due componenti: un mezzo di guadagno e una cavità ottica risonante. Per un mezzo di guadagno, possono essere utilizzati alcuni cristalli, vetri, gas, semiconduttori e anche liquidi colorati. Il mezzo di guadagno è stimolato da una sorgente di pompa di energia come una corrente elettrica o un altro laser. Il mezzo assorbe l’energia, eccitando gli stati delle particelle nel mezzo. Dopo che viene raggiunta una certa soglia, chiamata inversione di popolazione, la luce che brilla attraverso il mezzo provoca un’emissione più stimolata, o rilascio di energia, che l’assorbimento.
Una cavità ottica risonante è una camera di dimensioni speciali con uno specchio a un’estremità e uno specchio semi-argentato all’altra. Le due superfici riflettenti fanno sì che la luce intrappolata all’interno si rifletta avanti e indietro attraverso il mezzo di guadagno, acquisendo maggiore energia ad ogni passaggio. Quando questo effetto si attenua, si dice che il guadagno è saturato e la luce diventa una vera luce laser. Diversi mezzi di guadagno danno origine a laser di diverse lunghezze d’onda.
Due varietà di laser sono continue e pulsate. Il laser continuo è più utile per la maggior parte delle applicazioni, ma l’energia in un laser a impulsi può essere molto grande. Il grado di divergenza del fascio nel tempo varia in modo inversamente proporzionale al suo diametro. I fasci piccoli divergono rapidamente, mentre quelli più grandi rimangono coerenti.
Quando il laser fu brevettato dai Bell Labs nel 1960, non fu immediatamente possibile utilizzarlo, sebbene la spettrometria, l’interferometria, il radar e la fusione nucleare fossero discusse come potenziali aree di interesse. Oggi, il laser è tra le meraviglie tecnologiche più versatili, con applicazioni nell’archiviazione e nel recupero dei dati, nel taglio laser, nella correzione della vista, nel rilevamento, nelle misurazioni, nell’olografia e nei display e persino nella fusione nucleare. L’intensità massima dell’impulso laser ottenibile è aumentata in modo esponenziale dalla metà degli anni ‘1980. Un giorno, i laser potrebbero essere utilizzati per generare reazioni di fusione che producono energia netta, fornendo energia per l’intera razza umana. Potrebbero anche essere usati per spingere le vele solari nelle profondità dello spazio.