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Laser
Error

Abstract

File:Lasers.JPG: Il laser (acronimo dell'Lingua inglese «light amplification by stimulated emission of radiation», in Lingua italiana "amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione") è un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce Coerenza (fisica). Il termine si riferisce oltre che al dispositivo anche al fenomeno fisico dell'amplificazione per emissione stimolata di un'onda elettromagnetica. La coerenza spaziale e temporale del raggio laser è correlata alle sue principali proprietà. Alla coerenza temporale, cioè al fatto che le onde conservano la stessa fase nel tempo, è correlata la proprietà dei laser di emettere fasci di radiazione in un intervallo spettrale molto stretto. È considerata un'onda monocromatica anche se particolari dispositivi laser possono emettere contemporaneamente un numero discreto di fasci a diverse lunghezze d'onda. Alla coerenza spaziale, cioè al fatto che la differenza di fase è costante fra punti distinti in una sezione trasversa del fascio, è correlata la possibilità di avere fasci unidirezionali e luce collimata, cioè paralleli anche su lunghi percorsi. I fasci laser sono focalizzabili su aree molto piccole, anche con dimensioni dell'ordine del micrometro, impossibili con radiazioni non coerenti. L'emissione unidirezionale e coerente comporta la possibilità di raggiungere una irradianza o densità di potenza elevatissima a paragone di quella delle sorgenti luminose tradizionali.Queste proprietà sono alla base del vasto ventaglio di applicazioni che i dispositivi laser hanno avuto e continuano ad avere nei campi più disparati: l'elevatissima irradianza, data dal concentrare una grande potenza in un'area molto piccola, permette ai laser il Taglio a laser, l'incisione e la saldatura di Metallo; la monocromaticità e coerenza li rende ottimi strumenti di misura di distanze, spostamenti e velocità anche piccolissimi, dell'ordine del micrometro (10−6 m); sempre la monocromaticità li rende adatti a trasportare informazione nelle fibra ottica o nello spazio libero anche per lunghe distanze come avviene nelle comunicazioni ottiche. Inoltre impulsi laser ultrabrevi, dell'ordine dei femtosecondi, o con intensità elevatissima, dell'ordine dei 1018 W/cm2 sono impiegati nelle più avanzate ricerche scientifiche.
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Content:
Storia
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Basi
Content:Nel 1917 Albert Einstein formulò le basi teoriche del laser e del maser nell'articolo Zur Quantentheorie der Strahlung (sulla teoria quantistica delle radiazioni) attraverso una riderivazione delle leggi sulla radiazione di Max Planck. Nel 1928 Rudolf W. Ladenburg dimostrò l'esistenza dell'emissione stimolata e dell'assorbimento negativo.Steen, W. M. "Laser Materials Processing", 2nd Ed. 1998. Nel 1939, Valentin A. Fabrikant predisse l'uso dell'emissione stimolata per amplificare onde corte. Nel 1947, Willis Lamb and R. C. Retherford effettuarono la prima dimostrazione dell'emissione stimolata. Nel 1950 Alfred Kastler (vincitore del Nobel per la fisica nel 1966) propose il metodo per il pompaggio ottico confermato sperimentalmente due anni dopo da Brossel, Kastler e Winter. Presentation Speech by Professor Ivar Waller. Retrieved January 1, 2007.
Maser
Content:Il primo maser venne costruito da Charles Hard Townes, J. P. Gordon, e H. J. Zeiger alla Columbia University nel 1953. L'apparecchio era simile ad un laser: utilizzava l'emissione stimolata per produrre l'amplificazione delle microonde invece che di onde infrarosso o luce visibile. Charles H. Townes, Nikolay Basov e Aleksandr Prokhorov ricevettero il nobel per la fisica nel 1964, "per il lavoro fondamentale nel campo dell'elettronica quantistica, che ha portato alla costruzione di oscillatori e amplificatori basati sul principio maser-laser."
Laser
Content:La paternità dell'invenzione del laser non è stata attribuita con certezza ed il laser è stato oggetto di un trentennale contenzioso brevettuale. Il 16 maggio 1960, Theodore Harold Maiman azionò il primo laser funzionante a Malibù in California presso i laboratori della Hughes Research. Era un laser a stato solido che sfruttava il cristallo di rubino in grado di produrre un raggio laser rosso con una lunghezza d'onda di 694nm. Sempre nel 1960 Ali Javan, William R. Bennett e Donald Herriott costruirono il primo laser utilizzando l'elio ed il neon, definito maser ottico a gas, in grado di produrre un raggio infrarosso. Nel 1963 K. Patel dei Bell Laboratories mette a punto il laser ad anidride carbonica. Tre anni prima Gordon Gould, che aveva incontrato e discusso con Townes, si era annotato vari appunti sull'utilizzo ottico dei maser e sull'utilizzo di un risonatore aperto, dettaglio poi successivamente comune in molti laser. Ritenendosi inventore del laser, Gordon Gould aveva depositato presso un notaio i suoi appunti, ma nel contenzioso legale che ne nacque, non gli venne riconosciuta dall'ufficio brevetti la paternità dall'invenzione. Nel 1971 Izuo Hayashi e Morton B. Panish dei Bell Laboratories disegnano il primo laser a semiconduttori (diodo laser) in grado di operare in continua a temperatura ambiente. Nel 1977 viene attribuito un brevetto per il "pompaggio ottico" a Gordon Gould e nel 1979 un brevetto descrive una grande varietà di applicazioni del laser, incluso riscaldamento e vaporizzazione dei materiali, saldatura, foratura, taglio, misurazione delle distanze, sistemi di comunicazione, sistemi di fotocopiatura oltre a varie applicazioni fotochimiche. Anche se non è mai stata attribuita a Gordon Gould l'invenzione del laser, per i suoi brevetti successivi, ha incassato, da chi ha sviluppato sistemi laser per applicazioni o con soluzioni da lui inventate, royalties milionarie.
Descrizione
Content:
Schema di funzionamento
Content:File:Laser.svg1) Mezzo ottico attivo 2) Energia fornita al mezzo ottico 3) Specchio 4) Specchio semiriflettente 5) Fascio laser in uscita]] Il laser è essenzialmente composto da 3 parti: Nel laser si sfrutta il mezzo attivo, il quale possiede la capacità di emettere radiazioni elettromagnetiche (fotoni) quando attivato. Dal mezzo attivo dipende la lunghezza d'onda dell'emissione. Il mezzo attivo può essere gassoso (ad esempio anidride carbonica, miscela di elio e neon, ecc..), liquido (solventi, come metanolo, etanolo o glicole etilenico, a cui sono aggiunti coloranti chimici come cumarina, rodamina e fluoresceina) o solido (rubino, neodimio, semiconduttori ecc...). Il sistema di pompaggio fornisce energia al mezzo attivo portandolo all'eccitazione con emissione di fotoni. L'eccitazione può avvenire tramite:@an0:Effetto Penning Le radiazioni emesse vengono normalmente concentrate attraverso una cavità ottica con pareti interne riflettenti, ed una zona di uscita semiriflettente. Questa ultima superficie è l'unica che permette la fuoriuscita del raggio, il quale viene successivamente lavorato e riposizionato attraverso una serie di lenti e specchi per far sì che il raggio risultante abbia la posizione, concentrazione nonché ampiezza desiderate.
Principio di funzionamento
Content:File:Laser, quantum principle.ogv Come dice la stessa sigla (LASER → Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), la radiazione laser proviene dal processo di emissione stimolata:: M* + hν → M + 2hνNormalmente la luce che attraversa un materiale viene assorbita dal materiale stesso man mano che avanza, cioè cede energia agli atomi che incontra, eccitandoli, perché li trova in uno stato energetico "basso". Se però interveniamo eccitando gli atomi del materiale con una fonte di energia esterna, allora secondo l'Analisi di Einstein dellinterazione radiazione-materia le probabilità che avvengano l'emissione stimolata e l'assorbimento sono date dalla percentuale di atomi eccitati a fronte di quella di atomi nello stato energetico base:Pesp = BN2ρ(ν12)Pass = BN1ρ(ν12)dove B è il coefficiente di Einstein, N1 è la popolazione dello stato a energia E1 e N2 è la popolazione dello stato a energia E2; (E2 > E1); ρ(ν12) è la densità del campo di radiazione alla frequenza ν12 = (E2 - E1)/h; Da questo si vede che se riusciamo a ottenere una inversione di popolazione, cioè se ci sono più atomi eccitati che atomi normali, la luce che attraversa il materiale guadagnerà potenza invece di perderla: cioè verrà amplificata dall'emissione stimolata degli atomi.In condizioni di equilibrio N1 è sempre maggiore di N2 (perché le popolazioni dei due livelli sono descritte dalla distribuzione di Boltzmann N_{2}=N_{1}e^{-(E_{2}-E_{1})/kT} , da notare l'esponente negativo) e quindi per ottenere prevalenza dell'emissione stimolata è necessario mantenere il sistema lontano dall'equilibrio, attuando l'inversione di popolazione.La stimolazione o pompaggio di un laser può avvenire otticamente o elettricamente. La stimolazione ottica può essere effettuata da una lampada che avvolge il materiale attivo il tutto all'interno di uno specchio. In alternativa si può utilizzare una lampada lineare, ma il materiale attivo e la lampada devono essere posti nei fuochi di uno specchio ellittico in modo da far convergere tutti i raggi luminosi sul materiale attivo. La stimolazione elettrica invece avviene mediante l'applicazione di una differenza di potenziale ed è applicabile solo a materiali conduttori come, ad esempio, vapori di metalli.
Caratteristiche della radiazione laser
Content:@an0:fasci gaussiani@an0:dischi ottici@an0:risoluzione@an0:Raman@an0:Coerenza@an0:fase
Classificazione
Content:I laser sono classificati in funzione del pericolo per la salute umana. La classificazione viene effettuata dal produttore secondo le norme IEC 60825 armonizzate nell'unione europea con le norme Cenelec EN 60825-1. Prima del 2007 i laser erano classificati in 5 classi (1,2,3a,3b,4) dipendenti dalla potenza e dalla lunghezza d'onda, considerando che le emissioni nella banda del visibile erano considerate meno pericolose grazie al riflesso palpebrale. Le norme attualmente in vigore dividono i laser in 7 classi, introducendo i parametri di:@an0:International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection - ICNIRP GUIDELINES ON LIMITS OF EXPOSURE TO LASER RADIATION OF WAVELENGTHS BETWEEN 180 nm AND 1,000 mm@an0:Approximation Methods for Estimating the Eye-Safe Viewing Distances, with or without Atmospheric Transmission Factors Considered, for Aided and Unaided Viewing Conditions La attuale classificazione introduce 2 classi M (M per magnificazione) a significare che il rischio è diverso se si utilizzano lenti, binocoli o strumenti ottici in grado di focalizzare sulla cornea il fascio laser. La classificazione attuale considera inoltre il limite massimo di emissione accessibile in funzione della durata della esposizione considerando il rischio connesso alla esposizione a impulsi o treni di impulsi ad alta potenza ma di durata molto breve.File:AEL laser class for long pulse or cw it.png: le potenze possono essere superiori nei laser chiusi (non accessibili) o non collimati]]File:Meteo laser tag.jpg: Tableheader:Da 180 ;nm a 1 ;mm@an0:spettro elettromagnetico#Spettro ottico@an1:incendi@an2:esplosioniAlcune ricerche hanno rilevato come l'esistenza del riflesso palpebrale per proteggere gli occhi non può essere assunto come regola.L'ordinanza 16 luglio 1998 pubblicata nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana n. 167 del 20 luglio 1998 vieta, su tutto il territorio nazionale, la commercializzazione di puntatori laser o di oggetti con funzione di puntatori laser di classe pari o superiore a 3 (>1mW), secondo la norma CEI EN 60825. L'ordinanza redatta quando erano in vigore le vecchie norme tecniche e classificazioni dei dispositivi laser, viene applicata vista l'analogia nella classificazione di rischio tra la vecchia e nuova normativa tecnica.
Laser a impulsi
Content:In relazione all'uso a cui è destinato, spesso è necessario poter disporre di un laser che, piuttosto che produrre una emissione continua di radiazione di una data lunghezza donda, produca invece brevi impulsi di intensità elevata. Per ottenere tale genere di laser si ricorre al Q-switching e al Mode-locking.
Q-switching
Content:Il Q-switching è una tecnica che prende nome dal fattore Q, un parametro che esprime la qualità delle cavità risonante, e permette di ottenere laser con impulsi dell'ordine dei Nanosecondo (10−9 s). Il principio sfruttato, in pratica, consiste nell'inficiare momentaneamente l'effetto delle cavità con il risultato di ottenere una concentrazione di energia in un ristretto intervallo di tempo.
Mode-locking
Content:Il mode-locking è una tecnica grazie alla quale, modulando opportunamente le onde che pervengono nelle cavità risonanti, è possibile ottenere una intensa interferenza costruttiva con produzione di un raggio laser molto intenso a impulsi dell'ordine del picosecondo (10−12 s) e del femtosecondo (10−15 s).
Impiego in medicina
Content:Successivamente alla sua invenzione nel 1960, il laser è stato usato diffusamente per scopi medici. La funzione e risposta terapeutica dipendono in maniera complessa dalla scelta della lunghezza d'onda, dalla durata di irradiazione e dalla potenza del laser. Combinazioni diverse di questi parametri sono impiegate per trasformare l'energia luminosa in energia meccanica, termica o chimica. Generalmente gli effetti meccanici sono prodotti dall'applicazione di brevi impulsi (dell'ordine dei nanosecondi) ed alte energie.In questo modo onde di stress meccanico possono essere prodotte con sufficiente forza per disintegrare calcolo urinario. Gli effetti termici si ottengono in funzione della energia assorbita dai diversi tessuti. Brevi impulsi laser vengono usati per ablare sottili strati di tessuto in chirurgia rifrattiva, utilizzando luce laser che penetra solo alcuni micrometri nel tessuto. La lunghezza d'onda della luce laser può essere scelta in modo tale che la luce sia assorbita selettivamente dal bersaglio. La coagulazione selettiva delle vene varicose in chirurgia estetica può essere compiuta usando una lunghezza donda assorbita selettivamente dall'emoglobina. L'impulso è scelto allora sufficientemente breve così da non arrecare danno al tessuto normale circostante, ma anche lungo a sufficienza da permettere la coagulazione sull'intero diametro del vaso. Con la criolaserforesi si sfrutta la permeazione della barriera cutanea per favorire la l'immissione di principi attivi per via cutanea.
Oftalmologia
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Chirurgia refrattiva laser
Content:Un altro importante uso medico del laser consiste nella correzione dei difetti refrattivi: miopia, astigmatismo (occhio) e ipermetropia. In tutti questi casi il profilo della cornea - la superficie oculare trasparente - viene 'modellato' con varie tecniche (Photorefractive keratectomy e LASIK). Infatti, la cornea funziona come una lente naturale: modificandone la curvatura si varia il fuoco (il punto in cui i raggi luminosi convergono) e si può fare in modo che le immagini arrivino nitide sulla retina.È importante sottolineare tuttavia che, quando ci si opera col laser, il difetto visivo si corregge ma non si elimina: a livello organico un occhio miope, in quanto più lungo del normale in senso antero-posteriore, rimane della medesima lunghezza, ma questo difetto viene compensato da una correzione artificiale (è un po' come se si portassero delle lenti a contatto naturali permanenti). Anche se l'intervento generalmente ha buon esito, come tutti gli interventi chirurgici non può raggiungere il 100% dei successi. Ciò significa che talvolta può essere necessario portare ancora occhiali o lenti a contatto, sebbene di gradazione inferiore. L'eventuale insuccesso in genere non dipende tanto da un'imprecisione del macchinario, quanto piuttosto dal fatto che la cornea del paziente ha una cicatrizzazione anomala. L'intervento ha successo in più del 90% dei casi; non può provocare cecità incurabile; spesso si può rinunciare agli occhiali o alle lenti a contatto. In alcuni casi è necessario un secondo intervento. Arrivati alla quarta generazione di macchinari attuale, gli "effetti collaterali" sono: sensazione di corpo estraneo (da secchezza degli occhi), fastidi alla visione notturna, fotofobia, sdoppiamento delle immagini da astigmatismo, aloni, bruciore nei locali chiusi, occhi frequentemente arrossati. Le complicanze possono essere gravi in rari casi, tanto da impedire la guida notturna o il lavoro in ambienti a forte luminosità. Le complicazioni possono manifestarsi fin dai primi giorni dopo l'intervento e possono aggravarsi con gli anni. Se il trattamento è stato intenso per correggere forti difetti di vista e il lembo da rimuovere per l'incisione laser è cicatrizzato definitivamente, oppure se l'operatore del laser ha commesso errori nel sollevare e riporre il lembo superficiale della cornea, il danno è permanente. Talora, per rimediare a un intervento laser errato, è necessario ricorrere al trapianto di cornea.
Laserterapia retinica
Content:Il laser retinico viene usato generalmente per cicatrizzare zone di retina malata, al fine di eliminarle o di fissare meglio la retina sana intorno a zone patologiche. L'obiettivo è quello di ottenere delle cicatrici che rinforzino l'adesione della retina agli strati sottostanti (la retina è simile alla pellicola di una macchina fotografica tradizionale su cui si imprimono le immagini). Per l'operazione si può impiegare un tipo particolare di strumento, l'"argon laser", il cui fascio luminoso con lunghezza d'onda dell'ordine dei 488nm e 514nm comporta un maggiore riscaldando superficiale dei tessuti ricchi di cromofori. Il forte riscaldamento provoca un'infiammazione a cui segue una risposta cicatriziale.
Laser cutaneo
Content:L'utilizzo del laser sulla superficie cutanea può avere finalità dermatologiche o estetiche.
Trattamento delle lesioni vascolari
Content:Le lesioni vascolari superficiali (spider venosi, teleangectasia, emangiomi ecc. ) possono essere trattate con sorgenti laser che emettono a lunghezze d'onda che possono essere assorbite selettivamente dall'emoglobina e ossiemoglobina più che dai tessuti circostanti. Sono utilizzati laser KTP o potassium titanyl phosphate (532nm), PDL o pulsed dye(585–595nm), alessandrite (755nm), diodici (800–810, 940nm), Nd-YAG (1060nm) a seconda della lesione vascolare da trattare. I primi 2 modelli sono preferiti nel trattamento di vasi di diametro inferiore al millimetro mentre gli ultimi tre modelli possono essere preferiti per lesioni di dimensioni superiori.
Trattamento delle cicatrici atrofiche, ipertrofiche e cheloidi
Content:Il laser può essere utilizzato con funzione ablativa, quasi o non ablativa sulle lesioni cutanee che comportano una produzione irregolare di collagene.I più comuni ablativi sono il laser CO2 (10600nm) ed il laser erbio o Er-YAG (2640nm). In origine è stato utilizzato anche il laser PDL (585nm). Non ablativi o quasi ablativi invece le tecnologie a impulsi del laser Nd-YAG (1060nm) e diodico (1450nm). Recentemente è stata introdotta anche la tecnologia del laser frazionale (FRAXEL) .Approccio analogo è stato sperimentato anche su cicatrici atrofiche da acne e strie distense.
Trattamento delle lesioni pigmentate
Content:Melasma, discromie cutanee, macchie iperpigmentate ma anche rimozione tatuaggi sono l'obiettivo di vari trattamenti con laser.Si tende ad utilizzare laser ad impulso molto breve, normalmente con tecnologia Q-switching. Impulsi brevi o molto brevi comportano una pari efficacia ma un rischio minore di cicatrici e iperpigmentazioni rispetto a fluenze continue.
Trattamento di fotoepilazione
Content:Sono privilegiati laser con impulsi da 10 a 300 ms che emettono nella lunghezze d'onda dove maggiore è la differenza relativa di assorbimento della luce della melanina del pelo rispetto all'emoglobina (circa da 650 a 1050nm) e melanina della pelle. I più diffusi sono laser diodici (808nm) in grado di erogare da 10 a 60 J/cm2.
Trattamento contro l'invecchiamento cutaneo
Content:La tecnica corrente, chiamata dall'inglese resurfacing, prevede un insulto termico prodotto dal laser che comporta la rimozione degli strati più superficiali che vengono sostituiti nel giro di poche settimane da strati completamente nuovi, dove normalmente sono meno evidenti i segni dell'invecchiamento. Il trattamento introdotto attorno al 1995 con laser CO2 ablativi ha visto l'utilizzo anche di laser Er-YAG, Nd-YAG e più recentemente di laser FRAXEL e laser non ablativi per ridurre il rischio cicatrici e discromie.
Trattamento laser delle emorroidi con tecnica HeLP
Content:Il trattamento laser delle emorroidi con tecnica HeLP“Doppler-guided Hemorrhoidal Laser Procedure (HeLP) for the treatment of symptomatic hemorrhoids: experimental background and clinical results of a new mini-invasive treatment.” Surg Endosc. 2010 Oct 26. (Hemorrhoidal Laser Procedure) è un intervento mininvasivo, eseguito senza alcun tipo di anestesia con un decorso post-operatorio rapido e indolore. Consiste nella chiusura, con un laser a diodi da 980nm di lunghezza d'onda ed attraverso il canale dell'anoscopio, delle 12 arteriole che irrorano direttamente il plesso venoso emorroidario che va quindi incontro gradualmente ad ostruzione. Le arterie da chiudere vengono individuate in fase intraoperatoria con una sonda Doppler, specifica per questo tipo di tecnica.
Terapia fotodinamica contro alcuni tumori
Content:Il laser viene utilizzato come tecnica non invasiva per la completa rimozione di tumore allo stadio iniziale. Nei tessuti viene iniettato una sostanza fotosensibile con un assorbimento selettivo nei tessuti malati. Al passaggio di un fascio di luce ad una determinata lunghezza d'onda, il farmaco attiva una reazione che ha per protagonista l'ossigeno, ossida e distrugge le sole cellule malate. Il fatto eccezionale è che il farmaco agisce selettivamente e le cellule sane non vengono intaccate, come purtroppo avviene durante un'asportazione chirurgica. Per tumori più estesi, serve a circoscrivere la metastasi, ma non guarisce la malattia.
Fototerapia
Content:Particolari laser argon cloruro eccimeri emettono nella banda dei 308nm considerata ottimale per la fototerapia della psoriasi. Analogo trattamento è considerato efficace per la vitiligine.
Fisioterapia
Content:In fisioterapia sono diffusi laser con una irradianza tale da sviluppare un limitato calore sulla superficie corporea. Si tratta in genere di laser con emissione nell'infrarosso. Il laser Nd:YAG è un laser a stato solido che sfrutta un cristallo di ittrio e alluminio (Granato di ittrio e alluminio) drogaggio al neodimio (Neodimio:IttrioAlluminioOssigeno) emette normalmente a 1060nm o 940nm. Può essere utilizzato anche il laser a CO2, che emette normalmente a 10600nm. In fisioterapia sono possibili anche trattamenti laser a bassa potenza, cioè che non sviluppano alcun effetto termico sensibile, di cosiddetta: biostimolazione.
Impiego militare
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Premesse
Content:File:YAL-1A Airborne Laser unstowed crop.jpg: L'utilizzo militare delle tecnologie laser ha avuto immediata applicazione in sistemi di puntamento, telemetria ed accecamento. Nel 1980, il IV Protocollo della Convenzione delle Nazioni Unite su certe armi convenzionali, proibisce espressamente armi laser destinate all'accecamento dell'uomo. Nonostante sia entrato in forza il 30 luglio 1998, non ne vengono specificate le sanzioni per la sua violazione, e a marzo 2016 vi hanno aderito 106 nazioni. Il IV Protocollo non contempla il rischio di accecamento di umani che utilizzano strumenti di visione e l'accecamento di sistemi di visione elettronica.Le ricerche sulla possibilità di danneggiare con un raggio laser proiettili, missili o aerei hanno ricevuto ingenti fondi, ma i risultati ottenuti hanno mostrato specifiche limitazioni della tecnologia. Nebbia, nuvole o tempeste di sabbia normalmente assorbono gran parte della potenza del raggio laser, inoltre dimensioni e peso del sistema d'arma per ottenere irradianza adeguate lo rendono poco maneggevole ed anche difficilmente trasportabile. La potenza necessaria ad alimentare un sistema d'arma da 100 KW va oltre i 400 KW con conseguenti problematiche di raffreddamento. Un altro limite intrinseco delle armi laser di alta potenza consiste nella defocalizzazione indotta dal calore dell'aria attraversata; fenomeno chiamato "thermal blooming".
Anni 2000
Content:File:THEL-ACTD.jpg: Dagli anni 2000, le tecnologie laser hanno ricevuto spesso ingenti fondi, ma i risultati ottenuti sono sempre stati, almeno inizialmente, piuttosto modesti. I comandi militari hanno richiesto sistemi laser di elevata potenza (100 Watt almeno) e maneggevoli, cioè apparecchiature trasportabili su mezzi cingolati o su gomma. I ricercatori sono stati in grado di realizzare laser di notevole potenza (anche diversi megawatt) e laser portatili, ma non sono stati in grado di realizzare sistemi che riunissero entrambe le caratteristiche. Già nel 2005, Il Pentagono aveva annunciato il progetto HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System): si trattava di un congegno in grado di combinare laser a stato solido e liquido, riducendo enormemente dimensioni e peso, così da permetterne il montaggio sugli Aereo da caccia. L'arma era in grado di sprigionare una potenza di circa 1kW, anche se per la fine dell'anno il Defense Advanced Research Projects Agency aveva previsto di aumentare la potenza a più di 15kW. Nel giro di 2 anni al massimo quindi, l'United States Air Force avrebbe dovuto avere a disposizione un'arma laser per aerei da poco più di 1600 libbra (circa 750 chilogrammo).Nel febbraio 2007 utilizzando un laser SSHCL (Solid State Heat Capacity Laser) ricercatori statunitensi hanno dichiarato di aver raggiunto potenze di 67kW con un dispositivo trasportabile. L'arma era in grado di sparare 200 volte al secondo un raggio di luce la cui lunghezza d'onda sarebbe stata di un Micrometro (unità di misura), anche se si stava studiando la possibilità di sparare raggi con continuità verso un obiettivo da distruggere. I ricercatori sostennero inoltre che, dai 6 agli 8 mesi a quella parte, avrebbero potuto produrre un congegno in grado di sprigionare i tanto richiesti 100kW. Sistemi come questi, sprigionano una grande potenza che può essere erogata continuamente per 2 minuti, al massimo, e richiedono 20 minuti per ricaricarsi.Il 18 marzo del 2009 la Northrop Grumman Corporation affermò che i suoi ingegneri avevano costruito e testato con successo a Redondo Beach (California) un laser trasportabile capace di raggiungere potenze sopra i 105kW.Tuttavia armi laser in grado di distruggere o danneggiare un obiettivo in combattimento, di cui si è molto discusso negli anni 2000, nell'ambito della Strategic Defense Initiative, sono stati abbandonati; anche il sistema Tactical High Energy Laser sviluppato congiuntamente da Stati Uniti dAmerica ed Israele per intercettare proiettili di artiglieria o razzi è stato abbandonato nel 2006, nonostante la relativa efficacia contro razzi Katjuša (lanciarazzi) o Qassam.
Anni 2010
Content:File:Laser Weapon System aboard USS Ponce (ASB(I)-15) in November 2014 (01).JPG: Nel novembre 2014, la United States Navy effettuò il primo montaggio e sperimentazione di un suo cannone laser. L'arma, denominata LaWS, con la potenza di 30kW, è in grado di danneggiare elicotteri, droni e piccole imbarcazioni, ma anche di far detonare materiale esplosivo e accecare i sistemi di puntamento dei bombardieri e delle navi nemiche. Il suo costo unitario era di circa 28 milioni di dollaro statunitense ma il costo del singolo colpo laser è molto inferiore a quello di altri sistemi di intercettazione. Integrandole con altri sistemi d'arma, che non hanno le stesse limitazioni meteorologiche, si pensa che le armi laser di alta potenza avranno nei prossimi anni un importante sviluppo e non solo negli Stati Uniti dAmerica.Contemporaneamente alla United States Navy, varie industrie come la Northrop, Raytheon Company e la Lockheed Martin hanno iniziato nei primi mesi del 2014 a produrre cannoni laser, con potenze e prestazioni sempre superiori.. Nel giro di un anno, nel marzo 2015 la Lockheed affermò che Athnea, nome dell'arma, era in grado, pur con poco più di 30kW di potenza, di perforare e sciogliere come burro la lastra del cofano di un Pick-up (veicolo) da quasi un Miglio (unità di misura) di distanza, ovvero circa 1,6 chilometro.
Altri utilizzi
Content:File:Classical spectacular laser effects.jpg: Il laser viene utilizzato nella tecnica in una gran varietà di apparecchiature: nelle telecomunicazioni e nelle reti di computer viene utilizzato per trasferire enormi quantità di dati attraverso le fibra ottica nelle rispettive comunicazioni ottiche. Viene utilizzato come elemento di lettura nei player di CD e DVD e per la scrittura nei masterizzatore. È inoltre alla base di visioni di ologrammi nell'ambito della tecnica di foto 3D detta olografia.In ambito industriale il laser viene utilizzato per tagliare o saldare lamiere in metallo anche di elevati spessori. Nel settore del packaging è utilizzato (generalmente in abbinamento ad una testa galvanometrica) per marcare date di scadenza, codici a barre e altre informazioni o per realizzare tagli ed incisioni. In metrologia grazie ai laser si possono effettuare delle misure di estrema precisione nel campo che va dai micron alle decine di metri. In campo edile vengono utilizzate sempre più spesso livelle laser. Si realizzano puntatori per armi, o più pacificamente, per conferenze. Enormi laser permetteranno forse in un prossimo futuro di ottenere Energia da fusione efficienti. Lo SLAC-National Accelerator Laboratory presso l'Università di Stanford ha realizzato il più potente laser a raggi X al mondo, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature a gennaio 2012.Il Laser viene utilizzato anche per manipolare la materia a livello atomico. Il laser può essere utilizzato per saldare, dividere o forare elementi a livelli atomici, inoltre viene spesso utilizzato per raffreddare i composti a temperature prossime allo zero assoluto (qualche milionesimo di kelvin). Il raffreddamento si ottiene illuminando la materia con i fotoni, sotto opportune condizioni gli atomi assorbono il fotone e ne emettono uno a energia superiore perdendo di conseguenza energia. Si sta studiando la possibilità di utilizzare queste tecniche per raffreddare i semiconduttori.Il laser può essere infine utilizzato nel mondo dello spettacolo per realizzare show, far comparire scritte o figure, animazioni. Un utilizzo che si presta a utilizzi in spazi interni, e soprattutto esterni (come nello spettacolo serale di fronte all'area tematica della valle dei re a Gardaland). Basti pensare che il più importante show italiano si è svolto il 10 marzo 2006 nello stadio Olimpico di Torino in occasione della Cerimonia di apertura dei IX Giochi Paralimpici invernali.
Taglio laser
Content:Il laser può tagliare i materiali in base a tre principi diversi: per vaporizzazione, per fusione o per combustione. In tutti e tre i casi, il processo di taglio si innesca e si mantiene grazie all'energia che il raggio laser può concentrare in un punto molto piccolo. A seconda del tipo di laser, del tipo di materiale e delle potenze in gioco può prevalere l'uno o l'altro meccanismo.
Vaporizzazione e taglio laser
Content:Laser Nd:YAG, laser ad argon, laser Q-switch e in generale tutti i laser che funzionano ad impulsi: taglio di metalli di piccolo spessore, taglio di plastica e materiali non ferrosi, marcatura, incisione, laser medicali. Ogni impulso scalda istantaneamente il materiale oltre il punto di vaporizzazione, asportandone un piccolo strato (si hanno centinaia o migliaia di impulsi al secondo). Il materiale intorno alla zona di taglio viene riscaldato molto poco. Un discorso a parte vale per i trapani laser per dentisti: questi usano una lunghezza d'onda che viene facilmente assorbita dalle molecole d'acqua. L'acqua presente nei tessuti o sulla superficie del dente assorbe l'energia dell'impulso laser e vaporizza istantaneamente, provocando una serie di microesplosioni che erodono smalto e dentina in modo più sicuro, più preciso, meno traumatico e doloroso di un trapano meccanico.
Fusione
Content:Laser CO2 ad onda continua di grande potenza, taglio di metalli di grande spessore. Il laser viene usato per portare a fusione un piccolo punto del metallo; il metallo fuso viene soffiato.
Combustione
Content:Laser CO2 a bassa potenza, bisturi laser. I laser a infrarossi a onda continua in uso in medicina tagliano per combustione: il raggio scalda il tessuto fino a far evaporare l'acqua contenuta in esso, e poi provoca la combustione del tessuto secco, che viene distrutto. La combustione del materiale asportato è spesso presente anche nei processi di taglio per fusione, dove può fornire un notevole contributo energetico. Questo tipo di taglio viene usato per fermare forti emorragie, poiché il laser a infrarossi causa la cauterizzazione della ferita.
Segnali di S.O.S.
Content:I laser possono essere usati per la segnalazione di una emergenza, puntando il puntatore in cielo e usando un fascio a intermittenza.
Settore automobilistico
Content:File:Audi R8 LMX - Mondial de l'Automobile de Paris 2014 - 003.jpg: Nel 2014 il laser entra a far parte dei vari sistemi di illuminazione utilizzati sulle automobili (alogeno, xeno, led). Le prime case automobilistiche ad usare questo sistema sono l'Audi, montandolo prima sulla vettura da competizione Audi R18 e-tron Quattro Laserlight ovvero l'auto utilizzata dal team Audi nel campionato Endurance e poi successivamente sulla Audi R8 che è stata anche la prima vettura di serie, e dalla BMW, che monta le luci al laser sulla BMW i8, autovettura ibrida della casa bavarese. Esse illuminano fino a 600 metri con un consumo di circa 10 Watt garantendo così una visibilità ottimale della strada fino a 250km/h.
Note
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Bibliografia
Content:autore:Dr. Rüdiger Paschottaurl: https://scholar.google.it/scholar?lookup=0&q=%22Encyclopedia+of+Laser+Physics+and+Technology%22&hl=it&as_sdt=0,5&as_vis=1titolo:Encyclopedia of Laser Physics and Technologylingua:eneditore:Wiley-VCHisbn:978-3-527-40828-3oclc:62085733data:14 ottobre 2005edizione:1ª ed. nesito:Google Scholarurlmorto:no
Voci correlate
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Altri progetti
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Collegamenti esterni
Content:@an0:http://pil.phys.uniroma1.it/~servedio/corsi/MC07/EDSS_Lasers_07-08.pdf@an1:Analisi storico-scientifica dei laser (presentazione powerpoint)@an0:Agenzia internazionale per la prevenzione della cecità@an0:http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Ecco_perché_il_laser_taglia/1316028@an1:Le Scienze: Il taglio laser@an0:''Laser a semiconduttore - Diversi tipi ''@an0:http://phys.educ.ksu.edu/vqm/html/rubylaser.html@an1:Simulatore interattivo per il laser al rubinolingua:en@an0:http://phys.educ.ksu.edu/vqm/html/henelaser.html@an1:Simulatore interattivo per il laser all'elio neonlingua:en@an0:http://phys.educ.ksu.edu/vqm/html/diodelaser.html@an1:Simulatore interattivo per il diodo laserlingua:en

Links

IUPAC Gold Book, laserThe Nobel Prize in Physics 1966A History Of The Laser: A Trip Through The Light FantasticNorme EN 60825-1 Safety of laser products - Part 1: Equipment classification and requirements (IEC 60825-1:2007)International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection - ICNIRP GUIDELINES ON LIMITS OF EXPOSURE TO LASER RADIATION OF WAVELENGTHS BETWEEN 180 nm AND 1,000 mmApproximation Methods for Estimating the Eye-Safe Viewing Distances, with or without Atmospheric Transmission Factors Considered, for Aided and Unaided Viewing ConditionsMinistero della salute: Carabinieri Nas Bologna: puntatori laser di classe pari o superiore a III, causa di gravi danni oculari. Attività preventiva e repressiva - settembre 2015IAPB: Laserterapia retinicaModern retinal laser therapyTranscutaneous laser treatment of leg veins.Evaluation of the long-pulse dye laser for the treatment of leg telangiectasiasPulsed alexandrite laser for the treatment of leg telangiectasia and reticular veinsLaser treatment of hypertrophic scars, keloids, and striae.Management of acne scarring, part I: a comparative review of laser surgical approaches.Laser scar revision: a reviewLaser treatment for improvement and minimization of facial scarsLaser treatment of traumatic scars with an emphasis on ablative fractional laser resurfacing: consensus report.A novel 1565 nm non-ablative fractional device for stretch marks: a preliminary report.Removal of tattoos by CO2 laserQ-switched ruby laser treatment of tattoos; a 9-year experience.Laser eradication of pigmented lesions and tattoosLasers for Treatment of Melasma and Post-Inflammatory Hyperpigmentationresurfacing of fine to deep rhytides using a char-free carbon dioxide laser in 47 patients.Cutaneous resurfacing with CO2 and erbium: YAG lasers: preoperative, intraoperative, and postoperative considerations.Evolution of laser skin resurfacing: from scanning to fractional technology.Complications of carbon dioxide laser resurfacing. An evaluation of 500 patients.Laser skin resurfacing with the Q-switched Nd:YAG laser.1,450 nm long-pulsed diode laser for nonablative skin rejuvenation.Nonablative laser skin resurfacing using a 1540 nm erbium glass laser: a clinical and histologic analysis.Fractional photothermolysis: a novel aesthetic laser surgery modality.National Cancer Institute -Photodynamic Therapy for CancerEfficacy of the 308-nm excimer laser for treatment of psoriasis: results of a multicenter study.Treatment of 308-nm excimer laser on vitiligo: A systemic review of randomized controlled trials.Office of Naval Research : Solid State Laser Technology Maturation ProgramNavy Pursuing Upgraded Railgun, Higher-Power Laser Gun By 2020Agenzia internazionale per la prevenzione della cecitàLaser a semiconduttore - Diversi tipi

References

Laser rosso (660 e 635 nm), verde (532 e 520 nm), e blu-violetto (445 e 405 nm).: acronimoingleseitalianocoerenteemissione stimolataonda elettromagneticaonda monocromaticacollimatiirradianzataglioincisionesaldaturametalliinformazionifibre ottichecomunicazioni otticheAlbert EinsteinMax PlanckWillis E. LambAlfred KastlerCharles Hard TownesmicroondeinfrarossevisibiliNikolay BasovAleksandr ProkhorovTheodore H. MaimanMalibùUniversity of ChicagoTownes, Charles HardrubinoelioneonBell Laboratoriesanidride carbonicaBell Laboratoriesdiodo laserroyaltiesupright=1.4|thumb|upright=1.4|Componenti di un Laser:anidride carbonicasolventimetanoloetanologlicole etilenicocumarinarodaminafluoresceinaEffetto Penningthumb|upright=1.4|Animazione che mostra il principio di funzionamento del laser (in inglese).radiazioneemissione stimolataanalisi di Einsteincoefficiente di Einsteininversione di popolazionedistribuzione di Boltzmannesponenteinversione di popolazioneangolo solidocollimazionefasci gaussianilitografiadischi otticispettroscopiacammino otticoeffetto DopplerrisoluzioneRamanRadianzafotonifrequenzaCoerenzafaseCARSfemtosecondofemtochimica Massima esposizione permessa delle classi 1, 2, 3R e 3B secondo EN60825-1. 2007: Etichettatura a norme EN 60825-1 di un laser classe 4 con emissione di 2 lunghezze d'onda una visibile ed una non visibile: spettro visibileincendiesplosioniGazzetta Ufficiale1998lunghezza dondaQ-switchingcavità risonantinanosecondimode-lockingpicosecondofemtosecondocalcoli urinarilunghezza dondaemoglobinacriolaserforesimiopiaastigmatismoipermetropiacorneaPRKLASIKretinaocchialilenti a contattofotofobiatrapianto di cornearetinaargon laserteleangectasieQ-switchingtumoriossigenometastasifototerapiapsoriasivitiligineirradianzalaser Nd:YAGlaser a stato solidocristalloittrioalluminioYAGdrogatoneodimioNdY3Al5O12biostimolazioneBoeing YAL-1. L'arma laser è montata nella torretta sul muso dell'aereo. Progetto abbandonato nel 2011.: 1980Convenzione delle Nazioni Unite su certe armi convenzionali1998irradianze''Tactical High-Energy Laser'', sistema laser di intercettazione balistica.: anni 2000kW2005Il Pentagonoaerei da cacciaDARPAUSAFlibbrekg2007micron2009Northrop Grumman CorporationRedondo Beachanni 2000strategia del surclassamento tecnologicoTactical High Energy LaserStati Uniti dAmericaIsraeleKatyushaQassamnovembre2014.: novembre2014United States NavydollariStati Uniti dAmericaUnited States NavyRaytheon CompanyLockheed Martin2014marzo2015pick-upmigliokmDei laser vengono utilizzati per realizzare effetti speciali durante uno spettacolo.: telecomunicazionifibre ottichecomunicazioni otticheCDDVDmasterizzatoriolografiapackagingtesta galvanometricametrologiamicronreattori nucleari a fusione2012zero assolutokelvinsemiconduttorispettacoloGardalandCerimonia di apertura dei IX Giochi Paralimpici invernaliLaser Nd:YAGlaser ad argonlaser Q-switchLaser CO2Laser CO2cauterizzazioneAudi R8accesso=5 dicembre 2017 : Audi R8BMW i8Francesco Saverio MartelliOrazio SveltoOrazio SveltoAleksandr Michajlovič ProchorovBiostimolazioneCharles Hard TownesInversione di popolazioneLaser a cascata quanticaLaser a eccimeriLaser atomicoLaser scannerLaser superradianteLaser vibronicoLista di tipi di laserMaserNikolaj Gennadievič BasovRaggi TTactical High Energy LaserTHELTheodore Harold MaimanCategoria:Laser

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