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I laser a coloranti: fondamenti e stato dell'arte

Informazioni tesi

  Autore: Marco Lazzara
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2005-06
  Università: Università degli Studi di Torino
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Chimica
  Relatore: GuidoViscardi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 40

Fin dal 1960, anno in cui il fisico americano Theodore H. Mainman realizzò il primo laser della storia, ovvero il laser a rubino, i ricercatori hanno intuito le straordinarie potenzialità applicative di questo strumento dalle incredibili proprietà fisiche. Oggigiorno, difatti, la vita moderna, l’industria e la vita scientifica fanno continuamente utilizzo di laser. Nel corso dei decenni, lo sviluppo dei laser è progredito continuamente al fine di ottenerne di sempre migliori e più efficienti, ricercando nuove sostanze con cui ottenere una transizione laser. Una particolare tipologia di laser è quello a coloranti. La sua particolarità risiede nel fatto che attualmente è l’unico tipo di laser allo stato liquido, ovvero la sostanza in cui avviene l’effetto laser è una soluzione di un colorante fluorescente. Nel primo capitolo del presente elaborato, è riportata un’introduzione di carattere generale sui laser sia dal punto di vista teorico che dal punto di vista tecnologico. Sono descritti i fenomeni quantomeccanici che regolano la possibilità di ottenere un’amplificazione della luce, l’architettura tipica di un laser, utilizzando come esempio il primo laser realizzato, ovvero il laser a rubino. Nel secondo capitolo, l’attenzione è concentrata sui laser a coloranti parlando del sistema energetico necessario per ottenere l’effetto laser a partire da una soluzione di colorante. Sono discusse le problematiche relative al funzionamento di un laser a coloranti, dovute a problemi di natura ottica nei livelli energetici della molecola di colorante o legati al solvente usato nella preparazione della soluzione. Infine, sono descritte le caratteristiche che deve possedere un colorante per essere usato come mezzo amplificatore in un laser, e vantaggi e svantaggi di questa tipologia di laser. Nel terzo e ultimo capitolo, sono illustrate alcune applicazioni relative ai laser a coloranti: spettroscopia, fotochimica, medicina, separazioni chimiche (isotopiche) e fotonica.

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3 Introduzione Fin dal 1960, anno in cui il fisico americano Theodore H. Mainman realizzò il primo laser della storia, ovvero il laser a rubino, i ricercatori hanno intuito le straordinarie potenzialità applicative di questo strumento dalle incredibili proprietà fisiche. Oggigiorno, la vita moderna, l’industria e la vita scientifica fanno continuamente utilizzo di laser. Basti pensare, ad esempio, allo sviluppo di stampanti laser o di masterizzatori CD e DVD, alle sempre crescenti applicazioni chirurgiche come sostituti del bisturi o al grande impulso dato alla spettroscopia e alla fotonica. E questi sono solo alcuni esempi dei loro quotidiani e ormai comuni utilizzi. L’effetto laser consiste in un’amplificazione della radiazione elettromagnetica prodotta da una sorgente, che in questo modo riesce ad ottenere notevoli e utili proprietà che possono venire sfruttate per numerose applicazioni, molte delle quali sono ancora oggetto di studio e di ricerca. Nel corso dei decenni, lo sviluppo dei laser è sempre andato avanti al fine di ottenerne di sempre migliori e più efficienti, ricercando nuove sostanze con cui ottenere una transizione laser. In questo modo, ne sono nate di diverse tipologie, utilizzando anche sostanze in diversi stati fisici, rispetto allo stato solido del primo laser a rubino. Così, oltre al Nd:YAG (uno dei più utilizzati ai giorni nostri) in cui il mezzo laser è allo stato solido, sono nati vari laser allo stato gassoso, come quello a He-Ne o quello a N 2 . Sono inoltre nati laser non “convenzionali”, come laser chimici, a eccimeri e a diodi. Una particolare tipologia di laser che è successivamente nata è quello a coloranti. La sua particolarità risiede nel fatto che attualmente è l’unico tipo di laser allo stato liquido, ovvero la sostanza in cui avviene l’effetto laser è una soluzione di un colorante fluorescente. Considerando le importanti proprietà dei laser, quello a coloranti migliora notevolmente alcune di esse, rendendolo in alcune sue applicazioni assolutamente straordinario, e, in alcuni casi, indispensabile e insostituibile.

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Parole chiave

fluorescenza
coloranti
spettroscopia
laser
fotonica
rubino
fotochimica
chimica organica applicata
livelli energetici
laser a coloranti
appplicazioni medico-chirurgiche
separazioni isotopiche
microfluidica

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