Enciclopedia delle
lavorazioni
 
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Taglio laser

  • Il nome laser deriva dalle iniziali di altrettante parole in lingua inglese che spiegano il fenomeno fisico dell'amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazioni:
  • Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation:
  • Il laser è quindi una fonte di luce che viene stimolata ripetutamente (Emission).


  • Il funzionamento del laser si basa sull’emissione stimolata di radiazione da parte degli atomi di una certa sostanza che viene chiamata materia attiva. Gli atomi vengono dapprima eccitati, cioè pompati in uno stato energetico superiore tramite una sorgente, quindi stimolati ad emettere l’energia immagazzinata per mezzo di una radiazione esterna di frequenza determinata. I fotoni che compongono la radiazione emessa, hanno la frequenza caratteristica degli atomi che li hanno prodotti e viaggiano in fase con i fotoni stimolatori. L’amplificazione della luce viene ottenuta come conseguenza del movimento dei fotoni in una cavità risonante, cioè in uno spazio delimitato da due specchi paralleli, di cui uno totalmente riflettente e l’altro solo parzialmente. Durante il movimento, i fotoni colpiscono altri atomi eccitati che a loro volta emettono nuovi fotoni. Contemporaneamente, la luce laser monocromatica ad alta intensità e direzionalità filtra all’esterno attraverso lo specchio semiargentato.


  • Laser a Rubino :
    il laser a rubino è importante soprattutto dal punto di vista storico, essendo stato il primo laser a funzionare nel 1960 (Maiman). Il rubino è un cristallo di allumina (sesquiossido di alluminio: Al2O3), drogato con circa lo 0.05% di ioni cromo trivalente Cr2O3, che gli conferiscono il caratteristico color rosso.

    L'alluminio e l'ossigeno sono otticamente inerti, mentre gli ioni Cr3+ sono i centri otticamente attivi. Si tratta di un laser a 3 livelli: quando si irraggia il cristallo di rubino con luce bianca, questa viene assorbita dagli ioni cromo e molti elettroni vengono eccitati in un'ampia banda di livelli energetici. Alcuni elettroni ritornano rapidamente allo stato fondamentale, ma altri, tramite una transizione che cede energia vibrazionale al cristallo, vanno in livelli metastabili la cui vita media è circa 104 volte maggiore di quella degli altri stati eccitati.

    Quando l'atomo si diseccita emette luce rossa. Questo fenomeno, che tra l'altro è responsabile della brillantezza del rubino, viene sfruttato per ottenere l'emissione laser del rubino su due righe a 692 e 694.3 nm. E' interessante notare come il rubino, cresciuto sotto forma di cristallo cilindrico, viene usato sia come mezzo attivo che come risonatore: le due basi del cilindro, piane e parallele, vengono infatti lavorate otticamente e rivestite con un coating riflettente (tipicamente R1 ~ 96% ed R2 ~ 50%) in modo da funzionare come i due specchi di un risonatore ottico.

    Il laser a rubino ha bisogno di una sorgente di pompaggio assai intensa, trattandosi di un sistema a tre livelli, quindi poco efficiente; si usano in genere lampade a Xenon o a vapori di mercurio. Le potenze di uscita tipiche sono dell'ordine di qualche Watt quando si opera in continua e arrivano a ~ 20 kW in regime impulsato (impulsi da 100 J), a 100MW in Q-switching (~ 10 ns) ed a qualche GW in mode-locking (1 fs).


  • Laser a centri di colore :
    è una classe di laser che utilizzano come centri attivi i cosiddetti centri di colore in cristalli di alogenuri alcalini (KCl, NaCl, LiF...), vale a dire elettroni che sostituiscono uno ione negativo. Alcuni di questi centri, opportunamente associati con ioni impurezza positivi, costituiscono un ideale sistema a 4 livelli. I centri di colore emettono in genere nel vicino infrarosso e vengono pompati nel visibile.

    Si ottengono potenze medie dell'ordine del mW, ed il laser può essere usato per misure spettroscopiche a causa dell'elevata purezza spettrale e dell'accordabilità in frequenza della radiazione di uscita. Questi centri hanno il difetto di funzionare bene, in genere, alla temperatura dell'azoto liquido (77K), il che ne limita l'uso. Buone prospettive offre il laser composto da centri F2+ (un elettrone che sostituisce due ioni negativi) in LiF, che emette nel visibile a temperatura ambiente.




    Fonte per maggiori approfondimenti:
  • http://www.cmmlaser.it/it/laser.htm
 
 
 
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