Come funzionano i laser

fatti sul laser, come funzionano i laser, componenti laser, cosa rende un laser, FAQ sul laserLaser di TOBIAS SCHWARZ / AFP / Getty Images! Chiaramente sono fantastici, ma come funzionano esattamente? Perché non li portiamo tutti in giro nelle nostre tasche? Beh, che tu ci creda o no, probabilmente lo sei, grazie all'elettronica moderna. Ecco la storia di come funziona un laser (amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni) e cosa fa quando colpisce un oggetto.

Riguarda gli elettroniLaser verde

Passiamo un po 'di tempo alle lezioni di fisica: un laser deve la sua esistenza agli elettroni, che forse ricorderai sono quelle particelle energetiche che aleggiano / esistono attorno a un atomo, formando il suo "guscio".

Alcuni elettroni hanno la capacità di assorbire energia da fonti esterne e di saltare su orbite di maggiore energia, almeno temporaneamente. Tuttavia, gli elettroni tornano rapidamente alle loro orbite normali e rilasciano l'energia extra che hanno usato, che poi si increspa all'esterno dell'atomo.

Gli elettroni lo fanno continuamente: è così che viene creata la maggior parte delle radiazioni! Accendi una torcia e ci sono un mucchio di elettroni che precipitano livelli di energia dappertutto. Ma il motivo per cui la tua torcia non è un potente raggio laser (mi dispiace) è che quegli elettroni non sono sincronizzati. Invece, saltellano dappertutto, rilasciano energia in modo casuale e non sono quasi mai alla stessa lunghezza d'onda o allo stesso tempo. In effetti, gli elettroni sembrano disperdere naturalmente le loro lunghezze d'onda e il loro tempo in queste situazioni, il che rende i laser accidentali quasi, ma non del tutto, impossibili.

Quando si crea un laser, gli ingegneri devono agire come direttori d'orchestra per un numero innumerevole di elettroni, facendo in modo che tutti ottengano energia e la rilasciano in sincronia. Quando ha successo, questo crea un flusso coerente di fotoni che si muovono tutti nello stesso modo, allo stesso tempo, nella stessa direzione ... e nasce un laser. Ciò avviene grazie a un processo costruito con cura e ai materiali giusti, di cui parleremo nella prossima sezione!

Anatomia di un laser moderno

Christian Delbert / 123rf Christian Delbert / 123rf

I laser sono disponibili in tutte le dimensioni, dai minuscoli laser in microchip ai grandi laser nelle strutture di ricerca scientifica. Tuttavia, la maggior parte può essere suddivisa in tre parti molto importanti che consentono al laser di funzionare.

Fonte di energia: in primo luogo, i laser richiedono una fonte di energia (chiamata anche fonte di pompa o meccanismo di eccitazione) per pompare energia nel laser in modo che i suoi elettroni abbiano molto succo con cui lavorare. Esistono diversi tipi popolari di fonti di energia, comprese scariche elettriche dirette, reazioni chimiche e potenti fonti di luce come le lampade flash.

Medio: il mezzo (chiamato in genere il mezzo di guadagno o mezzo laser) è il punto in cui viene diretta l'energia. Il suo compito è raccogliere quell'energia, far saltare i suoi elettroni come un matto ed emettere potenti esplosioni di luce che sono pronte per essere trasformate in un laser. I medium coprono un'ampia gamma di materiali: alcuni sono liquidi, alcuni sono gas e alcuni sono solidi cristallini. Anche un umile semiconduttore può agire come un mezzo laser.

Cavità ottica: la cavità ottica o risonatore prende tutta la luce rilasciata dal mezzo e la focalizza. Nella classica configurazione laser, utilizza due specchi per far rimbalzare quella luce avanti e indietro per sincronizzare gli impulsi, amplificando l'energia e indirizzandola verso una piccola apertura dove è diretto il laser.

Cosa succede quando un laser colpisce qualcosa

Nel marge verso i prossimi laser più potenti, le cose dovrebbero solo diventare più eccitanti.

Quando un laser colpisce un materiale, si comporta come le altre radiazioni: alcune vengono assorbite, altre vengono riflesse e altre possono passare o essere trasmesse. Ma questo non ci dice molto su ciò che un particolare laser focalizzato fa effettivamente sul materiale, quindi diamo un'occhiata più da vicino a diverse categorie principali di usi pratici del laser e come funzionano.

Illuminazione: in questo caso, i laser vengono semplicemente utilizzati per illuminare qualcosa che è difficile da vedere. Esatto, a volte anche la fidata torcia elettrica non funziona, specialmente a distanze molto lunghe o quando gli insegnanti vogliono davvero usare un puntatore laser. E sì, questo può essere pericoloso.

Riflessione: quando i laser si concentrano sulla riflessione, in genere trasmettono informazioni. Il miglior esempio qui è un'unità disco ottico che si trova in lettori Blu-ray, computer e così via. Tuttavia, ci sono anche molte applicazioni per dispositivi intelligenti.

Reazione pirolitica / fotolitica: qui, il laser è generalmente destinato a cambiare qualcosa ... in modo distruttivo. Le versioni pirolitiche riscaldano un materiale, di solito per scioglierlo (e hey, a volte colpire gli uccelli). Le versioni fotolitiche abbattono i legami chimici all'interno di un materiale per raggiungere obiettivi simili.

Trasmissione: qui il laser è progettato per trasmettere un codice che racchiude dati preziosi, come nelle fibre ottiche.

Cambiamento di stato: questa è una sorta di categoria universale, ma in un certo numero di casi lo scopo del laser è cambiare il materiale o trasformarsi in un diverso tipo di energia (senza bruciare nulla). In questo caso il materiale assorbe il laser e quindi subisce una trasformazione interessante. Ad esempio, alcuni laser trasformano la luce in suono. Molti di questi dispositivi hanno applicazioni preziose nell'ingegneria quotidiana.