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FISICA 9 - LASER - Coggle Diagram
FISICA 9 - LASER
LASER
OLTRE AI RISCHI BIOLOGICI ESISTONO ANCHE RISCHI AMBIENTALI (DA ESPLOSIONE).
I LASER AD ALTA POTENZA POSSONO PROVOCARE INCENDI O ESPLOSIONI SE COLPISCONO MATERIALI INFIAMMABILI.
DURANTE L’UTILIZZO POSSONO INOLTRE SVILUPPARSI FUMI E GAS TOSSICI, MOTIVO PER CUI NEGLI AMBIENTI SANITARI È NECESSARIA UNA VENTILAZIONE ADEGUATA.
I PRINCIPALI ORGANI ESPOSTI AI RISCHI DEL LASER SONO GLI OCCHI E LA PELLE, PERCHÉ IL FASCIO TRASFERISCE MOLTA ENERGIA AI TESSUTI.
PER QUANTO RIGUARDA L’OCCHIO, LE STRUTTURE PIÙ SENSIBILI SONO LA CORNEA, IL CRISTALLINO E
SOPRATTUTTO LA RETINA.
INFATTI IL LASER PUÒ FUNZIONARE IN MODO CONTINUO OPPURE A IMPULSI;
I LASER IMPULSATI RILASCIANO GRANDI QUANTITÀ DI ENERGIA IN TEMPI MOLTO BREVI.
QUESTO SIGNIFICA CHE IL LASER PUÒ ESSERE SIA DANNOSO SIA TERAPEUTICO,
A SECONDA DEL TIPO UTILIZZATO E DELLE MODALITÀ DI IMPIEGO.
LA RADIAZIONE EMESSA DAL LASER È UNA ROA (RADIAZIONE OTTICA ARTIFICIALE), CIOÈ UNA RADIAZIONE PRODOTTA ARTIFICIALMENTE E NON PRESENTE NATURALMENTE COME LA LUCE SOLARE. I RISCHI DAL PUNTO DI VISTA BIOLOGICO SONO DI TIPO:
DA RADIAZIONE OTTICA / ELETTRICO / ESPLOSIONI E INCENDI / TOSSICO
IL RISCHIO BIOLOGICO DIPENDE DALLA LUNGHEZZA D’ONDA, DALLA FREQUENZA, DALLA POTENZA DEL FASCIO, DAL TEMPO DI ESPOSIZIONE E DALLA MODALITÀ DI EMISSIONE.
NON VIENE USATO SOLO IN MEDICINA MA ANCHE IN: INDUSTRIA, BIOLOGIA, LABORATORI, INGEGNERIA, FISICA, RICERCA SCIENTIFICA, CHIRURGIA, ESTETICA, TELECOMUNICAZIONI.
IL DANNO DIPENDE DALLA LUNGHEZZA D’ONDA DEL LASER E DALLA SUA POTENZA E DELLA MODALITÀ DI EMISSIONE.
ALCUNI TIPI DI LASER POSSONO CAUSARE LESIONI OCULARI IMPORTANTI, MENTRE ALTRI VENGONO UTILIZZATI IN OCULISTICA PER CURARE DETERMINATE PATOLOGIE.
LA PAROLA LASER È UN ACRONIMO INGLESE DI LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION (“AMPLIFICAZIONE DELLA LUCE TRAMITE EMISSIONE STIMOLATA DI RADIAZIONE”).
ANCHE LA PELLE PUÒ SUBIRE DANNI COME USTIONI, ARROSSAMENTI O ALTERAZIONI DEI TESSUTI DOVUTE ALL’EFFETTO TERMICO DELLA RADIAZIONE.
IL LASER È UN DISPOSITIVO CHE PRODUCE UN FASCIO DI LUCE MOLTO INTENSO, PRECISO E CONCENTRATO.
ESSENDO APPARECCHIATURE ELETTRICHE, ESISTONO ANCHE RISCHI LEGATI ALL’ELETTRICITÀ.
ALCUNI SISTEMI LASER UTILIZZANO INOLTRE LIQUIDI CRIOGENICI PER IL RAFFREDDAMENTO, SOSTANZE A BASSISSIMA TEMPERATURA CHE POSSONO PROVOCARE USTIONI DA FREDDO E ALTRI PROBLEMI SE MANEGGIATE IN MODO SCORRETTO.
...
È PRESENTE ANCHE UN SISTEMA DI POMPAGGIO CHE FORNISCE ENERGIA AL MEZZO ATTIVO PER CREARE L’INVERSIONE DI POPOLAZIONE.
QUESTO SISTEMA PUÒ ESSERE COSTITUITO DA LAMPADE, FLASH O ALTRI DISPOSITIVI ENERGETICI.
L'ENERGIA PUO' ESSERE ANCHE ESPRESSA IN FUNZIONE DELLA LUNGHEZZA D'ONDA: E= hc/λ
DOVE:
c E' LA VELOCITA' DELLA LUCE
λ E' LA LUNGHEZZA D'ONDA
I FOTONI RIMBALZANO TRA GLI SPECCHI AMPLIFICANDOSI PROGRESSIVAMENTE.
UNA PARTE DELLA RADIAZIONE ATTRAVERSA LO SPECCHIO PARZIALMENTE RIFLETTENTE FORMANDO IL FASCIO LASER IN USCITA (FUORIESCE).
IL LASER È COSTITUITO DA UN MEZZO ATTIVO, CHE PUÒ ESSERE SOLIDO, LIQUIDO O GASSOSO.
IL MEZZO ATTIVO SI TROVA ALL’INTERNO DI UNA CAVITÀ OTTICA O CAVITÀ RISONANTE DELIMITATA DA DUE SPECCHI: UNO COMPLETAMENTE RIFLETTENTE E L’ALTRO PARZIALMENTE RIFLETTENTE
LA RELAZIONE TRA ENERGIA DEL FOTONE E FREQUENZA E': E=hv
DOVE:
E E' L'ENERGIA DEL FOTONE
h E' LA COSTANTE DI PLANCK
v E' LA FREQUENZA DELLA RADIAZIONE
PER PRODURRE IL FASCIO LASER SI CREA LA COSIDDETTA INVERSIONE DI POPOLAZIONE.
SIGNIFICA CHE SI PORTA UN NUMERO MOLTO ELEVATO DI ELETTRONI A UN LIVELLO ENERGETICO SUPERIORE, IN MODO CHE POSSANO SUCCESSIVAMENTE RITORNARE INSIEME AL LIVELLO INFERIORE LIBERANDO CONTEMPORANEAMENTE ENERGIA.
QUANDO UN ELETTRONE ASSORBE ENERGIA PASSA A UN LIVELLO ENERGETICO SUPERIORE;
SUCCESSIVAMENTE TENDE A TORNARE AL LIVELLO INIZIALE LIBERANDO (CEDENDO) L’ENERGIA ACCUMULATA SOTTO FORMA DI FOTONE, CIOÈ RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA.
NELLE SORGENTI LUMINOSE NORMALI L’EMISSIONE DEI FOTONI AVVIENE IN MODO SPONTANEO (INCOERENTE).
NEL LASER INVECE AVVIENE UN’EMISSIONE STIMOLATA: UN FOTONE INDUCE ALTRI ATOMI ECCITATI A EMETTERE FOTONI IDENTICI, CON STESSA FREQUENZA, STESSA DIREZIONE, STESSA FASE E STESSA POLARIZZAZIONE.
IN QUESTO MODO SI OTTIENE UNA RADIAZIONE COERENTE.
GLI ATOMI POSSIEDONO ELETTRONI DISTRIBUITI SU LIVELLI ENERGETICI DIFFERENTI.
CARATTERISTICHE DEL FASCIO LASER
LE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI DEL FASCIO LASER SONO LA MONOCROMATICITÀ (UNA SOLA FREQUENZA), LA COERENZA, LA DIREZIONALITÀ, LA BRILLANZA, LA FOCALIZZABILITA' E GLI IMPULSI ULTRA BREVI
LA MONOCROMATICITÀ INDICA CHE IL LASER EMETTE LUCE DI UN SOLO COLORE E QUINDI DI UNA SOLA FREQUENZA; DI CONSEGUENZA I FOTONI POSSIEDONO PRATICAMENTE LA STESSA ENERGIA.
LA COERENZA (SPAZIALE E TEMPORALE) SIGNIFICA CHE TUTTE LE ONDE LUMINOSE SONO SINCRONIZZATE, HANNO LA STESSA FASE (L’ANGOLO SINUSOIDALE) E SI PROPAGANO IN MODO ORDINATO SIA NELLO SPAZIO SIA NEL TEMPO, IN TUTTI I PUNTI DELLA SEZIONE DEL FASCIO.
LA DIREZIONALITÀ INDICA INVECE CHE IL FASCIO SI PROPAGA QUASI COMPLETAMENTE IN UNA SOLA DIREZIONE (RETTA) CON UNA DISPERSIONE MINIMA RISPETTO ALLA LUCE NORMALE.
MOLTI LASER EMETTONO RADIAZIONI INVISIBILI, SOPRATTUTTO NELL’INFRAROSSO O NELL’ULTRAVIOLETTO. IN QUESTI CASI VIENE SPESSO UTILIZZATO UN FASCIO GUIDA VISIBILE CHE PERMETTE ALL’OPERATORE DI VEDERE IL PUNTO ESATTO IN CUI IL LASER STA AGENDO.
LA RADIAZIONE LASER È COSTITUITA DA FOTONI, CIOÈ PARTICELLE DI ENERGIA LUMINOSA.
NEL FASCIO LASER I FOTONI HANNO LA STESSA FREQUENZA, LA STESSA FASE, LA STESSA DIREZIONE E QUASI LA STESSA ENERGIA; PROPRIO QUESTA
CARATTERISTICA RENDE IL LASER ESTREMAMENTE PRECISO E POTENTE.
IN AMBITO MEDICO IL LASER VIENE UTILIZZATO IN CHIRURGIA, DERMATOLOGIA, ODONTOIATRIA, FISIOTERAPIA, MEDICINA ESTETICA E OCULISTICA.
PUÒ ESSERE IMPIEGATO PER CORREGGERE DIFETTI DELLA VISTA, RIMUOVERE TATUAGGI, EFFETTUARE EPILAZIONE, CAUTERIZZARE TESSUTI O ESEGUIRE INTERVENTI MOLTO PRECISI CON DANNI MINIMI AI TESSUTI CIRCOSTANTI.
UNA CARATTERISTICA FONDAMENTALE DEL FASCIO LASER È LA COSIDDETTA BRILLANZA.
LA BRILLANZA INDICA QUANTA POTENZA È CONCENTRATA IN UNA SUPERFICIE MOLTO PICCOLA, È LA QUANTITÀ DI ENERGIA EMESSA PER UNITÀ DI ANGOLO SOLIDO.
IN PRATICA, ANCHE SE UN LASER PUÒ AVERE UNA POTENZA TOTALE RELATIVAMENTE BASSA, TUTTA QUESTA ENERGIA È CONCENTRATA IN UNO SPAZIO MINUSCOLO, CHIAMATO SPOT.
LO SPOT RAPPRESENTA LA SEZIONE DEL FASCIO LASER, CIOÈ LA SUPERFICIE CHE IL FASCIO COLPISCE.
PROPRIO PER QUESTO IL LASER RIESCE A ESSERE MOLTO PIÙ INTENSO RISPETTO A UNA NORMALE SORGENTE LUMINOSA COME UNA LAMPADINA.
LA BRILLANZA SI MISURA COME POTENZA IRRADIATA SU UNA SUPERFICIE E IN UNA DETERMINATA DIREZIONE.
UNA LAMPADINA PUÒ CONSUMARE MOLTI WATT MA DIFFONDE LA LUCE IN TUTTE LE DIREZIONI;
IL LASER INVECE CONCENTRA QUASI TUTTA L’ENERGIA IN UN FASCIO MOLTO STRETTO E DIREZIONALE, PER QUESTO LA SUA BRILLANZA È ELEVATISSIMA.
BRILLANZA: W/m2 x sr
W: INDICA LA POTENZA IN WATT
m2: LA SUPERFICIE IRRADIATA
sr: LO STERADIANTE, UNITA' DI MISURA DELL'ANGOLO SOLIDO
L'ANGOLO SOLIDO COMPLETO DI UNA SFERA VALE: 4pigreco sr / MENTRE L'ANGOLO GIRO PIANO VALE: 2pigreco rad
IL FASCIO LASER PRESENTA ANCHE UNA MINIMA DIFFUSIONE/DIVERGENZA DOVUTA ALLA DIFFRAZIONE E ALL’INTERAZIONE CON L’ATMOSFERA, MA QUESTA DISPERSIONE È MOLTO PICCOLA RISPETTO ALLA LUCE NORMALE.
QUESTO PERMETTE AL LASER DI MANTENERE GRANDE PRECISIONE ANCHE A DISTANZA. IL FUNZIONAMENTO DEL LASER SI BASA SUL FENOMENO DELL’EMISSIONE STIMOLATA.