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Principio di funzionamento

Il funzionamento del laser si basa sull'emissione stimolata di radiazione da parte degli atomi di una sostanza opportuna, detta materiale attivo. Gli atomi vengono dapprima “eccitati”, ovvero portati a un livello energetico superiore mediante una sorgente energetica esterna (pompaggio), quindi vengono “stimolati” a emettere l'energia immagazzinata per mezzo di una radiazione esterna di frequenza determinata. I fotoni che costituiscono la radiazione emessa hanno la frequenza caratteristica degli atomi da cui sono stati emessi, e viaggiano in fase con i fotoni stimolatori.

L'amplificazione della luce è ottenuta mediante successive riflessioni dei fotoni in una cavità risonante, essenzialmente costituita da due specchi paralleli posti alle estremità dello strumento, di cui uno totalmente e l'altro parzialmente riflettente. Durante il percorso fra uno specchio e l'altro, i fotoni colpiscono altri atomi eccitati, che a loro volta emettono nuovi fotoni, caratterizzati dalla medesima frequenza e fase dei fotoni già presenti, generando quindi una radiazione monocromatica, estremamente coerente e di alta intensità. Parte di questa radiazione viene poi fatta filtrare all'esterno attraverso lo specchio semiargentato.

Il processo di emissione stimolata fu descritto su basi teoriche da Albert Einstein nel 1917. Nel 1958 i fisici statunitensi Arthur Schawlow e Charles Hard Townes brevettarono il primo dispositivo laser, ma la paternità della scoperta venne reclamata dal loro connazionale Gordon Gould. Due anni dopo il fisico Theodore Maiman osservò il primo fascio laser in un cristallo di rubino e nello stesso periodo il fisico statunitense di origine iraniana Ali Javan costruì il primo dispositivo a elio-neon.