Le origini del laser possono essere fatte risalire all’inizio del XX secolo. Da allora i laser sono aumentati in potenza e scala e sono oggi diffusissimi nel nostro mondo moderno con applicazioni in tantissimi settori ed ambiti industriali.
Il laser o, amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione per dargli il suo nome completo, ha fatto molta strada dalla sua creazione ufficiale negli anni ’60. Oggi la tecnologia laser è onnipresente nel nostro mondo moderno con applicazioni per usi medici, telecomunicazioni, lavorazioni industriali per industrie come automotive ed aerospaziale, applicazioni di tracciabilità dei prodotti e molto altro. Nel seguente articolo, faremo un rapido excursus attraverso i principali eventi che hanno portato allo sviluppo del laser gettando uno sguardo anche al futuro.
Il laser è figlio di una teoria di Albert Einstein che nel 1916 ipotizzò che, nelle giuste circostanze, gli atomi possono rilasciare energia in eccesso sotto forma di luce, sia spontaneamente che quando stimolati da una fonte, teorizzando così il fenomeno dell’emissione stimolata di radiazioni.
Nel 1951 Charles H. Townes, allora alla Columbia University di New York, pensò a un modo per generare emissioni stimolate a frequenze di microonde. Alla fine di quell’anno, arrivò a presentare un dispositivo funzionante che focalizzava le molecole di ammoniaca “energizzate” in una cavità risonante a microonde. Townes chiamò il dispositivo maser, sigla per “amplificazione a microonde mediante l’emissione stimolata di radiazioni”. Allo stesso tempo i ricercatori russi Aleksandr Mikhaylovich Prokhorov e Nikolay Gennadiyevich Basov descrissero in modo indipendente la teoria di funzionamento del maser. Per il loro lavoro, tutti e tre questi scienziati hanno ottenuto il Premio Nobel per la Fisica nel 1964.
Negli anni ’50 ci fu un boom nelle ricerche sul maser ma questa tecnologia trovò una gamma limitata di applicazioni. Nel 1957 Townes propose al collega Schawlow, allora ai Bell Laboratories, di tentare di estendere l’azione del maser alle lunghezze d’onda molto più brevi della luce infrarossa o visibile. Nel frattempo, il ricercatore Gould coniò la parola laser e presentò una domanda di brevetto, ma chi arrivò per primo a mettere in funzione un macchinario laser fu Theodore H. Maiman, presso gli Hughes Research Laboratories di Malibu, in California. Il 16 maggio del 1960, utilizzando un cristallo di rubino sintetico, Maiman fece funzionare il primo raggio laser. Pochi mesi dopo, nel dicembre 1960 Ali Javan, William Bennett, e Donald Herriott dei Laboratori Bell costruirono il primo laser a gas, che generava un raggio infrarosso continuo da una miscela di elio e neon. Nel 1962 venne inventato il primo laser a semiconduttore ed a seguire, nel 1964, Kumar Patel brevettò il primo laser a CO2 che trovò subito una grande accoglienza nelle applicazioni industriali.
I laser hanno rapidamente catturato l’immaginazione del pubblico, stimolata anche da libri e film di fantascienza, ma le applicazioni pratiche del laser hanno richiesto diversi anni per poter essere sviluppate appieno in modo da sfruttare questo enorme potenziale. Già nei primi anni sessanta del secolo scorso un laser a rubino veniva utilizzato nel campo dell’oftalmologia negli Stati Uniti e la tecnologia laser ha trovato diverse applicazioni nell’ambito medico, in particolare aprendo le porte alla chirurgia microinvasiva. In seguito, in particolare con l’invenzione del laser a semiconduttore, questa tecnologia ha penetrato anche il mercato di massa. Dal 1966, il laser si è tinto di colore, ed i laser a colorante sono stati utilizzati principalmente in spettroscopia, mentre più recentemente sono nati i laser fibra ed i diodi laser che sono più piccoli della lunghezza d’onda della luce che emettono. Le applicazioni dei nanolaser sono moltissime, dall’elaborazione dei dati, alla medicina sino alla trasmissione di segnali ottici.
Nel settore industriale, i macchinari laser di Evlaser vengono oggi utilizzati per la lavorazione di metalli, plastiche, fibre composite, legno e moltissimi altri materiali. Le operazioni che possono essere effettuate sono altrettanto variate ed includono taglio, marcatura, incisione, foratura o saldatura laser. I laser risultano essere estremamente precisi ed hanno rimpiazzato i metodi di lavorazione convenzionali per i vantaggi che possono offrire in termini produttivi e di qualità.
I laser sono diventati strumenti standard in diverse applicazioni, basti pensare a strumenti come i puntatori laser. I laser saldano lame di rasoio, incidono motivi sugli oggetti senza toccarli, rimuovono i peli superflui, trattano le vene varicose, saldano le retine degli occhi e sbiancano i tatuaggi. In laboratorio, i laser hanno aiutato i fisici a raffreddare gli atomi in una minuscola frazione di tempo.
L’idea della produzione di energia attraverso i laser è un nuovo settore di esplorazione e recentemente un team di ricercatori dell’Università di Innsbruck, in Austria, ha inventato il laser ad atomo singolo che ha una base in comune con il laser tradizionale ma che possiede delle innovative proprietà quantistiche per la interazione atomo-fotone. Il futuro del settore è rappresentato infine dal cosiddetto “CERN dei Laser” un laboratorio europeo funzionante dal 2021 in cui potranno essere sperimentate le innovazioni relative a quest’invenzione rivoluzionaria che ha già compiuto 60 anni.
