Tipologie di Laser e principali applicazioni

I laser sono ovunque intorno a noi. In medicina vengono utilizzati per la chirurgia oculare e i trattamenti contro il cancro. Le aziende manifatturiere li utilizzano per tagliare, contrassegnare, saldare e pulire vari tipi di materiali. Alcune persone ne hanno bisogno per rimuovere un tatuaggio o per la depilazione, e tutti hanno visto almeno uno spettacolo di luci laser durante un concerto di musica. 

Per coloro che non conoscessero bene il mondo dei laser è bene sapere che per realizzare tutte queste applicazioni sono necessari diversi tipi di laser. In base al loro mezzo di guadagno, i laser sono infatti classificati in cinque tipi principali: Laser a gas, Laser a stato solido, Laser fibra, Laser liquidi e Laser a semiconduttore (diodi laser). Inoltre, questi cinque tipi di laser possono a loro volta essere suddivisi in sottocategorie in base alla loro modalità di funzionamento: laser a onda continua e laser a impulsi. Ed a loro volta esistono diversi tipi di laser ad impulsi. Prima di differenziare i tipi di laser, è bene dunque fare un passo indietro e spiegare che cos’è effettivamente un laser e cosa si intende per mezzo di guadagno.

Un laser (acronimo di “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”) è un dispositivo che genera luce sotto forma di raggio con delle caratteristiche particolari ed uniche. I raggi laser sono infatti monocromatici (un solo colore), coerenti (della stessa frequenza e forma d’onda) e collimati (vanno nella stessa direzione). I laser sono costituiti da tre componenti principali. La fonte di energia pompa la luce in un mezzo di guadagno, che varia a seconda del tipo di laser. Il mezzo di guadagno emette luce di una lunghezza d’onda specifica quando eccitato dalla luce. Il risonatore poi amplifica il guadagno ottico attraverso specchi che circondano il mezzo di guadagno. I laser prendono così il nome dal loro mezzo di guadagno. In un laser CO2, ad esempio, il mezzo di guadagno è l’anidride carbonica o CO2. 

I laser sono dunque diventati uno strumento ideale per le applicazioni che richiedono un’elevata precisione ed in particolare vengono impiegati nell’ambito industriale. Un esempio in questo senso è rappresentato dall’azienda italiana Evlaser che produce macchinari laser per tantissimi diversi tipi di applicazioni e settori, come elettronica, automotive, dispositivi medici, farmaceutica, fashion e gioielleria, packaging, identificazione di animali e molto altro ancora. Per ogni applicazione esiste una tipologia di laser prediletta. 

I laser a gas sono utilizzati in un’ampia varietà di applicazioni, tra cui olografia, spettroscopia, scansione di codici a barre, misurazioni dell’inquinamento atmosferico, lavorazione di materiali e chirurgia laser. I laser a CO2 sono probabilmente i laser più conosciuti in assoluto e vengono utilizzati nelle applicazioni industriali principalmente per operazioni come la marcatura laser, il taglio laser e la saldatura laser. Altri esempi di laser a gas includono laser a elio-neon, laser ad argon, laser a cripto e laser ad eccimeri. 

I laser a stato solido utilizzano invece un cristallo o vetro mescolato con un elemento di terre rare come fonte di guadagno ottico. Il laser a stato solido più conosciuto è il laser a rubino, che è anche il primo laser mai costruito. Anche il laser Nd:YAG (granato di ittrio e alluminio drogato con neodimio) è comune nelle applicazioni industriali di lavorazione dei materiali. I laser a stato solido sono utilizzati per la tecnologia LIDAR e per varie applicazioni mediche, tra cui la rimozione di peli e calcoli renali e l’ablazione dei tessuti.

Un tipo speciale di laser a stato solido è il laser fibra, che forma così una categoria a sé stante. Nei laser a fibra, il mezzo di guadagno è una fibra ottica (vetro di silice) mescolata con un elemento di terre rare. Le proprietà della fibra ottica sono ciò che rende questo tipo di laser così diverso: il raggio laser è più diritto e più piccolo rispetto ad altri tipi di laser, il che lo rende più preciso. I laser fibra sono anche rinomati per il loro ingombro ridotto, la buona efficienza elettrica, la scarsa necessità di manutenzione e i bassi costi operativi. I laser a fibra sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui la lavorazione industriale dei materiali (testurizzazione, taglio, saldatura, marcatura), ed il settore medicale. 

Dal canto loro, i laser liquidi utilizzano un colorante organico in forma liquida come mezzo di guadagno. Sono anche conosciuti come laser a colorante e sono utilizzati nella medicina laser, nella spettroscopia e nella rimozione delle voglie. Infine, i laser a semiconduttore o diodi laser sono spesso usati come fonti di energia per pompare altri laser. Sono estremamente comuni e vengono impiegati per lettori di codici a barre, puntatori laser, stampanti laser, scanner laser e molte altre applicazioni.

Tutte queste tipologie di laser possono operare utilizzando due metodi diversi: i loro raggi laser possono essere pulsati o continui. Con i laser a onda continua, c’è un flusso costante di energia, il che significa che il laser spara continuamente un singolo raggio laser ininterrotto che viene usato per il taglio laser e la saldatura laser. Con i laser a impulsi, il raggio laser viene interrotto a intervalli regolari per consentire all’energia di accumularsi e raggiungere una potenza di picco maggiore. Queste elevate densità di energia sono necessarie per molte applicazioni come la saldatura a punti e l’incisione laser.

In realtà esistono molti modi diversi per classificare le tipologie di laser. Un altro modo è la lunghezza d’onda del laser, dove si dispone di laser a infrarossi, vicino all’infrarosso, visibile, ultravioletto e laser a raggi X. Gli esperti del settore continuano a spingere più in là i limiti della tecnologia laser, con nuovi sviluppi realizzati ogni anno. Di conseguenza, anche i tipi di laser sono in continua evoluzione e chiunque cerchi di esplorare questo mondo può aspettarsi un costante flusso di nuove scoperte.