incisioni laser

Charles Townes, dai buchi neri alle incisioni laser

Nei giorni scorsi ha fatto notizia la morte di Charles Townes, uno tra gli inventori del laser e del maser, che secondo la leggenda inventò il famoso fascio di luce al parco, seduto sulla panchina. Aveva 99 anni e aveva vinto il Premio Nobel per la fisica nel 1964. A darle l’annuncio è stata la prestigiosa università di Berkeley, dove Townes era professore emerito in fisica. Tra gli scienziati più importanti del secolo scorso, Townes ha dato contributi significativi nel campo dell’astrofisica e della radioastronomia, misurando tra l’altro la massa del buco nero supermassivo situato al centro della nostra galassia. Oltre il laser, che basa la propria tecnologia su un raggio di luce focalizzato in un unico punto, sfruttando le proprietà della luce, c’è il maser.

Il Maser e il primo laser funzionante

Quando venne costruita nel 1954, la prima macchina ad emissione stimolata non generava luce, ma microonde, per cui fu chiamata MASER, da microwave amplification by stimulated emissione and radiazione). Tuttavia non passò molto tempo che Townes e il suo collega Schawlow riuscissero a dimostrare come per costruire un laser fosse soltanto necessario avere a disposizione del materiale adatto, dopodiché cominciò la corsa per la scoperta della sostanza magica. In principio si pensava che questa sostanza sarebbe stata un gas, ma quando nella primavera del 1960 produsse il primo laser funzionante, Theodore Maiman si servì di una barretta di rubino. In seguito è stato dimostrato che quasi ogni sostanza, dal cripto all’anidride carbonica, può essere fatto funzionare come un laser.

Laser a rubino

Con il laser a rubino, il materiale attivo non è proprio il rubino, ma sono le impurità di cromo presenti che conferiscono anche il colore alla pietra. L’idea è quella di investire un cristallo di rubino in forma di barretta cilindrica con energia luminosa emessa da un tubo a scarica elettrica in maniera da eccitare la maggioranza degli atomi di uomo, il che rappresenta l’inversione della situazione normale, così è assai meno probabile che i fotoni, siano assorbiti da atomi nello stato fondamentale. L’energia luminosa spinge gli atomi di cromo portandoli al terzo livello di transizione che in effetti è formato da molte transizioni ravvicinate. Gli atomici presto perdono energia decadendo al secondo livello, dove si trovano inondazioni di meta-stabilità per cui richiedono di essere ulteriormente stimolati per poter emettere luce. A un certo momento si realizza la condizione di inversione della popolazione, nel senso che sono presenti più atomi nel livello due che nel livello uno.

La tecnologia del laser è fondamentale per la lavorazione dei materiali, grazie alla grande duttilità della fonte di luce. Nel campo delle incisioni laser rivela la sua grande utilizzabilità per il taglio di materiali metallici, di pietra, vetro e fibre sintetiche come il plexiglas.

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