I laser continui possono emettere fasci laser in modo stabile e ininterrotto, e la loro potenza di uscita rimane costante nel tempo (in condizioni ideali).
Caratteristiche principali: stabilità e sostenibilità
Uscita continua: questo è il segno più cruciale. Finché l'alimentazione è collegata e le condizioni di lavoro sono stabili, il laser può emettere luce continuamente senza interruzioni.
Stabilità della potenza: la potenza del laser in uscita (l'energia emessa per unità di tempo) rimane sostanzialmente costante durante il funzionamento.
Caratteristiche temporali: il fascio è continuo nella dimensione temporale (macroscopicamente), senza intervalli di impulso evidenti.
Principio di funzionamento: pompaggio continuo, emissione continua di luce
Il principio di funzionamento di un laser continuo segue il principio fondamentale della generazione laser (emissione stimolata), ma il suo processo di pompaggio è continuo:
Pompaggio continuo: fonti di energia esterne (come corrente, energia luminosa, energia di reazione chimica) vengono continuamente immesse nel mezzo di guadagno del laser (come gas CO₂, cristallo solido Nd:YAG, materiali semiconduttori, soluzioni di coloranti).
Mantenimento dell'inversione di popolazione: l'energia di pompaggio continua eccita atomi, molecole o elettroni nel mezzo di guadagno da un livello di energia basso a un livello di energia alto, mantenendo uno stato in cui il numero di particelle nel livello di energia alto è maggiore di quello nel livello di energia basso (inversione di popolazione).
L'emissione stimolata continua: un piccolo numero di fotoni emessi spontaneamente esistenti nella cavità risonante (composta da due specchi), quando passano attraverso il mezzo di guadagno, causeranno alle particelle a livelli di energia elevati di produrre emissioni stimolate, rilasciando nuovi fotoni con esattamente la stessa frequenza, fase e direzione dei fotoni incidenti.
Amplificazione ottica e oscillazione continua: questi fotoni di nuova generazione vengono riflessi avanti e indietro dallo specchio del risonatore e passano ripetutamente attraverso il mezzo di guadagno. Ogni passaggio innesca una maggiore radiazione stimolata, facendo aumentare continuamente il numero di fotoni in modo simile a una valanga e formando potenti onde luminose coerenti.
Uscita laser stabile: quando il guadagno (amplificazione) ottenuto dalla luce che oscilla avanti e indietro nella cavità risonante una volta è sufficiente a compensare la perdita di questa oscillazione (compresa una parte della luce trasmessa attraverso lo specchio di uscita), il laser raggiunge uno stato di lavoro stabile ed emette continuamente e stabilmente un fascio laser dallo specchio di uscita parzialmente trasmesso.
Vantaggi tecnologici chiave
Uscita di potenza continua: fornisce una fonte di calore o una sorgente luminosa stabile, adatta per processi che richiedono un apporto continuo di energia (come il taglio e la saldatura).
Elevata stabilità: la potenza di uscita e la direttività del fascio sono solitamente molto stabili, il che è fondamentale per misurazioni e comunicazioni precise.
Eccellente qualità del fascio: genera solitamente fasci di alta qualità con modalità pure (come la modalità fondamentale TEM00) e piccoli angoli di divergenza, il che favorisce la focalizzazione e la trasmissione a lunga distanza.
Alta efficienza (rispetto ad alcuni laser pulsati): negli scenari in cui è richiesto un funzionamento continuo, l'efficienza complessiva di utilizzo dell'energia può essere maggiore.
Ampia gamma di campi di applicazione
Lavorazione industriale
Taglio laser: taglio preciso e ad alta velocità di metalli (come le macchine per il taglio laser CO₂) e non metalli (come tessuti, acrilico).
Saldatura laser: ottenere una saldatura precisa con un elevato rapporto di aspetto e bassa deformazione (comunemente utilizzata nelle industrie automobilistiche ed elettroniche).
Marcatura/incisione laser: marcatura permanente sulla superficie dei prodotti (principalmente laser a semiconduttore e a fibra).
Trattamento superficiale: tempra, placcatura, legatura, ecc.
Campo medico
Bisturi: il laser CO₂ viene utilizzato per il taglio per vaporizzazione dei tessuti molli (ad esempio nella chirurgia ORL), e il laser a semiconduttore viene utilizzato nella chirurgia oftalmica e nel trattamento dentale.
Terapia fotodinamica: i laser continui di specifiche lunghezze d'onda attivano farmaci fotosensibili per uccidere selettivamente le cellule tumorali o i tessuti malati.
Trattamenti per la pelle: epilazione (semiconduttore, Nd:YAG), trattamento vascolare, ringiovanimento della pelle, ecc.
Comunicazione e informazione
Comunicazione in fibra ottica: i laser a semiconduttore sono le sorgenti luminose principali delle reti in fibra ottica ad alta velocità, che trasportano enormi quantità di dati.
Display e rilevamento
Display laser: come sorgente luminosa per proiettori o televisori ad alta luminosità e ampia gamma di colori.
LiDAR: alcuni LiDAR a onda continua vengono utilizzati per la misurazione della velocità, la misurazione della distanza, il rilevamento dei gas, ecc.
Scansione di codici a barre: un dispositivo comune alle casse dei supermercati.
I laser continui sono la spina dorsale della famiglia dei laser che forniscono un flusso di energia stabile e continuo. La comprensione del principio di funzionamento e dei vantaggi unici dei laser continui è il fondamento per riconoscere il loro ruolo centrale nella scienza, nella tecnologia e nell'industria contemporanee. Rappresentano i notevoli risultati dell'umanità nel controllare con precisione e continuità l'energia luminosa.