Menu
Sunday, 28 Maggio 2017
Attenzione
  • JUser: :_load: non è stato possibile caricare l'utente con ID: 67
A+ A A-

La storia del laser: breve ma “intensa”

1960-2010 1960-2010
Sono passati esattamente cinquant’anni da quando il 16 maggio 1960 Theodore Maiman mise in funzione il primo laser al rubino utilizzando per primo il termine “laser”, acronimo di Light Emission by Stimulated Emission of Radiation. Da allora sono passati 50 anni, un lasso di tempo tutto sommato corto ma in cui il laser non è più “la soluzione in cerca di un problema” ma la tecnologia più innovativa utilizzata in molti ambiti industriale e non. Con questo articolo, Applicazioni Laser intende quindi celebrare il 50° compleanno del laser ricostruendone brevemente le tappe salienti.
Novembre -Dicembre 2010

La lunga strada che ha portato i Fisici (Figura 1) alla messa a punto di un laser inizia con la comprensione della natura della luce: nel 1900 Max Karl Ernst Planck (1858 - 1947), facendo alcuni esperimenti sulla distribuzione spettrale dell'energia emessa da un corpo riscaldato, scoprì che l'energia di un’onda elettromagnetica veniva emessa e assorbita in multipli interi di una quantità legata alla frequenza della radiazione. Chiamò allora l'unità fondamentale “quanta” (o, nel caso di radiazione luminosa, fotone). Quindi all’inizio del XX secolo era ormai chiaro che la luce è una forma di radiazione elettromagnetica, la quale gode di una natura duale: l'energia viene trasportata sotto forma di “quanta”, denominati fotoni, che sono guidati da un campo di onde. Prima di arrivare alla nascita delle sorgenti laser bisogna però attendere che la fisica sviluppi una maggiore comprensione della materia. Basandosi sulla teoria quantistica e sulla teoria ondulatoria (formulata nel 1913 da Niels Henrik David Bohr; 1885 - 1962), Albert Einstein (1879 - 1955) nel 1917 arrivò a prevedere dal punto di vista teorico un fenomeno particolare di interazione tra radiazione elettromagnetica e materia: l'emissione stimolata di un fotone. Dato che l'intuizione di Einstein non fu supportata da una sperimentazione e, soprattutto, non fu finalizzata ad una applicazione pratica, venne considerata come una curiosità e accantonata. Tale studio venne però ripreso negli anni '50 sia da Charles Townes (1915) negli Stati Uniti che da Alexander Prokhorov (1916 - 2002) e Nicolai Basov (1922 - 2001) in Unione Sovietica, i quali realizzarono contemporaneamente (all’insaputa l’uno degli altri) un sistema di generazione e amplificazione di onde elettromagnetiche che sfruttava il fenomeno dell'emissione stimolata per “moltiplicare” i fotoni. Questo tipo di amplificatore non venne denominato laser ma maser, in quanto la lunghezza d'onda della radiazione emessa era nella regione delle microonde (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificazione di microonde tramite l’emissione stimolata di radiazione). I tre ricercatori, oltre a dividere l’onore della scoperta, dovettero anche dividersi nel 1964 il premio Nobel per la Fisica (metà venne attribuito all’americano, metà ai due russi). I tempi però erano maturi: nel 1958 Charles Townes e Arthur Schawlow (1921 - 1999) presso i Bell Laboratories, New York, svilupparono e pubblicarono la teoria necessaria per arrivare alla generazione di un fascio laser, ossia di un fascio con lunghezza d'onda prossima allo spettro del visibile. Brevettarono il tutto il 22 marzo 1960 (Figura 2), solo poche settimane prima (16 maggio 1960) che il primo laser al rubino (Figura 3) venisse messo in funzione da Theodore Maiman (1927 - 2007) presso lo Hughes Laboratory a Malibu, California (laboratori della compagnia aerea dell’eccentrico produttore cinematografico Howard Hughes). Maiman utilizzò per primo l’acronimo “laser” (Light Emission by Stimulated Emission of Radiation) in considerazione del fenomeno fisico previsto da Einstein su cui si basava il funzionamento di tale dispositivo. Maiman, a soli due anni dalla fine del dottorato alla Stanford University, e con un finanziamento di 50.000 dollari, aveva battuto sul tempo tutta la comunità scientifica e, in particolare, Townes e Schawlow. Questi ultimi, infatti, stavano cercando di ottenere una radiazione continua, mentre Maiman si concentrò sulla realizzazione di un laser impulsato usando come sistema di pompaggio energetico un semplice flash fotografico. Il 7 luglio 1960, Maiman presentò il suo lavoro a una conferenza a Manhattan, New York, e affermò che “il laser è la soluzione in cerca di un problema”, sottolineando quindi le potenzialità del suo dispositivo. Probabilmente solo pochi visionari come lui compresero a fondo le molteplici applicazioni che il nuovo tipo di sorgente luminosa rendeva possibili. Gli altri, la maggior parte, rimasero scettici. L’articolo scientifico di Maiman che descriveva il laser a rubino venne pubblicato il 6 agosto 1960 sulla prestigiosa rivista Nature, dopo essere stato precedentemente rifiutato dalla rivista Physical Review Letters per un clamoroso errore di valutazione. Sono passati quasi cinquanta anni dalla sua nascita e il laser, grazie alle caratteristiche uniche della luce generata, ha trovato applicazione in settori più disparati: dal metrologico al medicale, dall’intrattenimento alle telecomunicazioni. Ma soprattutto, ha trovato applicazione nella lavorazioni industriali.
{gallery}Mercato/11_12_2010/storia_laser/storia_laser_01{/gallery}
Dal laser alle applicazioni industriali
Già dopo due anni dalla presentazione di Maiman il laser trovava impiego in campo biomedicale, e solo quattro anni dopo le prime sorgenti CO2 e Nd:YAG venivano applicate alla lavorazione dei materiali (Figura 4). Negli anni ’70 si hanno le prime applicazioni di taglio e saldatura in ambito industriale, anche se alcuni detrattori ritenevano il laser una tecnologia ancora dall’applicabilità limitata. Una battuta ricorrente era “con il laser si può saldare una vastissima gamma di materiali metallici, a patto che siano tutti acciaio inossidabile austenitico…”. Negli anni ’80 si ha l’inizio della vera e propria diffusione in campo industriale di sistemi laser dedicati soprattutto al taglio di lamiera piana. In Italia è il periodo del “Progetto Finalizzato Laser di Potenza” che, utilizzando finanziamenti pubblici, consentì sia di costruire le competenze necessarie per far “uscire la tecnologia dal laboratorio” e portarla a pieno titolo nel mondo produttivo, sia di avviare diverse aziende in grado di produrre sorgenti e sistemi laser e di commercializzarli in tutto il mondo. Negli anni ’90 la diffusione della tecnologia laser, e in particolare del taglio laser, diventa capillare sia in Italia che nel mondo: in questo periodo la maggior parte delle aziende che producono carpenteria metallica si dotano di uno o più sistemi di taglio laser. Nello stesso periodo crescono (numericamente e di dimensioni) le aziende che hanno a catalogo sistemi di taglio laser da proporre a utilizzatori industriali sempre più informati, competenti ed esigenti. Inoltre, negli anni ‘90 si ha la crescita delle applicazioni di saldatura laser, con lo sviluppo di sistemi robotizzati dedicati, e la tumultuosa crescita delle applicazioni di marcatura. Il laser è ormai una tecnologia produttiva consolidata e accettata dal mondo industriale e artigianale. I primi cinque anni del nuovo secolo vedono le lavorazioni industriali in crescita, sia le lavorazioni già diffuse (taglio e saldatura), sia le lavorazioni considerate “minori” (microlavorazioni, trattamento termico, riporto, ecc.). Poi, in maniera improvvisa, nella seconda metà del primo decennio avviene la “rivoluzione itterbio”: diventano commerciali le nuove sorgenti a itterbio (in fibra e a disco), che trasformano profondamente il panorama delle sorgenti laser. Rapporti tra potenza e qualità del fascio mai considerati possibili prima sono oggi alla portata (e in continuo miglioramento) e non solo consentono prestazioni di processo finora impensabili, ma aprono la strada a nuove applicazioni, ancora in larga misura da scoprire.

Lascia un commento

Torna in alto

Mercato

Comunicazione tecnica per l'industria