Il laser è uno degli elementi fondamentali della tecnologia moderna. Strano a dirsi, quindi, che quando il laser è stato concepito per la prima volta, nessuno aveva un'idea concreta del perché si potesse volerne uno, e alcuni addirittura consideravano il laser una perdita di tempo. Dobbiamo la sua esistenza a un piccolo gruppo di persone che la pensavano diversamente e che erano abbastanza intelligenti da superare ogni ostacolo sulla loro strada.
Origini del laser
La storia del laser in realtà inizia con Albert Einstein, che nel 1917 consegnò un documento intitolato On the Quantum Theory of Radiation. Prendendo come punto di partenza la legge della radiazione di Max Planck, Einstein lo teorizzò, oltre ad assorbire ed emettendo luce spontaneamente, gli elettroni potrebbero essere stimolati ad emettere luce di uno specifico lunghezza d'onda. Furono così gettate le basi teoriche del laser.
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Ci sono voluti più di trent'anni perché qualcuno realizzasse le idee di Einstein. Nel 1928 il fisico tedesco Rudolf Ladenburg confermò l'esistenza dell'emissione stimolata, mentre nel 1939 il russo Valentin A. Fabrikant ha previsto che potrebbe essere utilizzato per amplificare le onde corte visibili. Fu solo nel 1947 che gli americani Willis E. Agnello e R.C. Retherford potrebbe dimostrare per primo i fenomeni.
Inventare il maser
All'inizio degli anni '50, i fisici negli Stati Uniti, in Europa e nell'Unione Sovietica stavano lavorando per mettere in pratica l'emissione stimolata, ma il loro primo obiettivo non era la luce ma le radiazioni a microonde. Nel 1953 Charles H. Townes della Columbia University, lavorando con gli studenti laureati James P. Gordon e Herbert J. Zeiger, produsse il primo Maser (amplificazione a microonde mediante emissione stimolata di radiazioni), un dispositivo che utilizzava emissione stimolata in un flusso di molecole di ammoniaca energizzate per produrre un fascio coerente di onde elettromagnetiche. Nel frattempo, in URSS, Nikolay Basov e Aleksandr Prokhorov del Lebedev Institute of Physics stavano lavorando alla loro tecnologia maser. Dopo aver descritto i principi in una conferenza russa nel 1952, hanno continuato a lavorare sul campo, proponendo miglioramenti chiave che avrebbero reso i maser più pratici ed efficienti.
Dal maser al laser
Essendo stato il pioniere del maser, Townes e suo cognato Arthur Schawlow, che lavorava ai Bell Labs, iniziarono seriamente ricerca sui maser infrarossi, prima di abbandonare lo spettro infrarosso per concentrarsi sull'emissione del visibile leggero. Townes ha definito il concetto un maser ottico. Allo stesso tempo, uno studente laureato alla Columbia University, Gordon Gould, stava lavorando a una tesi di dottorato sui livelli di energia del tallio eccitato. Gould e Townes discussero dell'emissione di radiazioni e nel 1957 Gould scrisse le sue idee per un laser, coniando l'acronimo e descrivendone gli elementi essenziali. Gould, che ora lavora per la società di ricerca privata TRG, continuò a lavorare nel 1958, così come Townes e Schawlow indipendentemente ai Bell Labs. Nel frattempo, Prokhorov e Basov hanno proposto e ricercato il proprio progetto di maser ottico.
Potrebbe non essere mai chiaro chi ha inventato il laser. Gould pubblicò la sua ricerca in un documento del 1959 e fece domanda per un brevetto sulla tecnologia di base con TRG. Tuttavia, nel 1960, il brevetto fu negato e uno assegnato a Townes, Schawlow e Bell Labs. Il risultato fu una delle più lunghe guerre di brevetti della storia, risolta solo a favore di Gould nel 1977, con 48 brevetti assegnati, che coprivano molti elementi e applicazioni di valore commerciale.
Costruire il laser
Ciò che è chiaro è chi ha costruito il primo laser. Bell Labs, RCA, IBM e altri hanno tutti corso per sviluppare la tecnologia laser, ma è stato Theodore Maiman degli Hughes Research Labs a dimostrare il primo laser funzionante nel maggio 1960. Come Townes e Schwlow, Maiman aveva optato per il rubino come mezzo per il suo laser, ma uno dei problemi era trovare una fonte di luce abbastanza intensa da eccitare o "pompare" gli elettroni nell'asta di rubino. Ingegnosamente, Maiman ha provato i tubi flash Xenon commerciali, e così ha prodotto il primo raggio di luce laser.
Questa è stata una svolta e i laboratori di tutto il mondo hanno lavorato rapidamente per replicarla, molti costruendo i propri laser in pochi mesi. Eppure il laser di Maiman era solo in grado di funzionare a impulsi, non un raggio costante. Nello stesso anno, Ali Javan, William R. Bennett e Donald Herriot dei Bell Labs hanno costruito il primo laser a gas, utilizzando elio e neon, in grado di funzionare in modo continuo. Javan ha poi proseguito proponendo il diodo laser con Nikolay Basov, un concetto reso reale nel 1962 da Robert N. Hall e il suo diodo laser all'arseniuro di gallio, e da Nick Holonyak Jnr, il cui laser a semiconduttore a luce rossa è stato l'antenato dei laser usati oggi nei lettori di CD e DVD.
Da allora, il laser ha visto numerosi miglioramenti, diventando più piccolo, più potente, più preciso e più efficiente dal punto di vista energetico. Maiman ha notoriamente descritto il suo laser come "una soluzione alla ricerca di un problema", mentre il suo capo, Howard Hughes, ha faticato a prevedere le applicazioni, eppure stiamo ancora trovando nuovi usi per il laser. Dal lettore CD e dalla stampante laser ai processori ottici alla velocità della luce che potremmo vedere nei laptop di domani, è una tecnologia che sembra non affievolirsi mai.
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