Nell'ultimo mezzo secolo, la tecnologia laser è diventata un'industria globale multimiliardaria ed è stata utilizzata in tutto, dalle unità disco ottico e scanner di codici a barre alle apparecchiature chirurgiche e di saldatura.

Per non parlare di quei puntatori laser che divertono e confondono il tuo gatto.

Ora, laser sono pronti a fare un altro passo avanti:i ricercatori della Case Western Reserve University, in collaborazione con partner in tutto il mondo, sono stati in grado di controllare la direzione del raggio di uscita di un laser applicando una tensione esterna.

È un primato storico tra gli scienziati che hanno sperimentato quelli che chiamano "laser casuali" negli ultimi 15 anni circa.

"C'è ancora molto lavoro da fare, ma questa è una chiara prima prova di un laser casuale a transistor, dove l'emissione laser può essere indirizzata e guidata applicando una tensione esterna, " disse Giuseppe Strangi, professore e ricercatore dell'Ohio in Surfaces of Advanced Materials presso la Case Western Reserve University.

Strano, che ha condotto la ricerca, e i suoi collaboratori hanno recentemente delineato le loro scoperte in un articolo pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura . Il progetto, finanziato dall'Accademia Nazionale delle Scienze della Finlandia, mirava a superare alcuni limiti fisici intrinseci a quella seconda generazione di laser.

successi laser, limitazioni del laser

La storia della tecnologia laser ha avuto un ritmo frenetico poiché l'unica fonte di luce ha rivoluzionato praticamente tutte le aree della vita moderna, comprese le telecomunicazioni, biomedicina e tecnologia di misurazione.

Ma la tecnologia laser è stata anche ostacolata da notevoli carenze:non solo gli utenti devono manipolare fisicamente il dispositivo che proietta la luce per muovere un laser, ma per funzionare, richiedono un preciso allineamento dei componenti, rendendoli costosi da produrre.

Tali limitazioni potrebbero presto essere eliminate:Strangi e partner di ricerca in Italia, La Finlandia e il Regno Unito hanno recentemente dimostrato un nuovo modo per generare e manipolare la luce laser casuale, anche su scala nanometrica.

Infine, questo potrebbe portare a una procedura medica condotta in modo più accurato e meno invasivo o al reindirizzamento di una linea di comunicazione in fibra ottica con la rotazione di un quadrante, disse Strango.

I laser "casuali" migliorati

Quindi, come funzionano effettivamente i laser?

I laser convenzionali sono costituiti da una cavità ottica, o apertura, in un dato dispositivo. All'interno di quella cavità c'è un materiale fotoluminescente che emette e amplifica la luce e una coppia di specchi. Gli specchi forzano i fotoni, o particelle leggere, rimbalzare avanti e indietro a una frequenza specifica per produrre il raggio laser rosso che vediamo emettere dal laser.

"Ma se volessimo miniaturizzare e sbarazzarci degli specchi e fare un laser senza cavità e scendere alla nanoscala?" chiese. "Questo era un problema nel mondo reale e il motivo per cui non potevamo andare oltre fino all'inizio di questo secolo con i laser casuali".

Quindi laser casuali, che sono state studiate seriamente negli ultimi 15 anni, differiscono dalla tecnologia originale presentata per la prima volta nel 1960 principalmente per il fatto che non si basano su quella cavità specchiata.

Nei laser casuali, i fotoni emessi in molte direzioni sono invece confusi facendo brillare la luce in un mezzo a cristalli liquidi, guidando le particelle risultanti con quel raggio di luce. Perciò, non c'è bisogno del grande, struttura a specchio richiesta nelle applicazioni tradizionali.

L'onda risultante, chiamata "solitone" da Strangi e dai ricercatori, funge da canale da seguire per i fotoni sparsi, ora in ordine, percorso concentrato.

Un modo per capire come funziona è immaginare una versione a particelle di luce delle "onde solitarie" che i surfisti (e i pesci d'acqua dolce) possono cavalcare quando i fiumi e le maree oceaniche si scontrano in certi estuari, disse Strango.

Finalmente, le ricerche hanno colpito il cristallo liquido con un segnale elettrico, che consente all'utente di "guidare" il laser con un quadrante, invece di spostare l'intera struttura.

Questo è il grande sviluppo di questa squadra, disse Strango.

"Ecco perché lo chiamiamo 'transistor, ' perché un segnale debole (il solitone), ne controlla uno forte:l'uscita laser." Ha detto Strangi. "Laser e transistor sono state le due tecnologie principali che hanno rivoluzionato il secolo scorso, e abbiamo scoperto che sono entrambi intrecciati nello stesso sistema fisico"

I ricercatori ritengono che i loro risultati avvicineranno i laser casuali alle applicazioni pratiche nella spettroscopia (utilizzata nella chimica fisica e analitica, nonché nell'astronomia e nel telerilevamento), varie forme di scansione e procedure biomediche.