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[[File:Charles Townes.jpg|thumb|Charles H. Townes]]

Il primo maser venne costruito da [[Charles Hard Townes]], J. P. Gordon, e H. J. Zeiger alla [[Columbia University]] nel 1953. L'apparecchio era simile a un laser, ma concentrava energia elettromagnetica in un campo di frequenza notevolmente inferiore: utilizzava infatti l'emissione stimolata per produrre l'amplificazione delle [[microonde]] invece che di onde [[infrarosso|infrarosse]] o [[luce visibile|visibili]]. Il maser di Townes poteva erogare solo una minima potenza, circa 10&nbsp;nW, ma [[Nikolaj Gennadievič Basov|Nikolay Basov]] e [[Aleksandr Michajlovič Prochorov|Aleksandr Prokhorov]] risolsero il problema teorizzando e sviluppando un "metodo di pompaggio" con più di due livelli di energia.<ref>{{Cita web|url=https://www.photonics.com/LinearChart.aspx?ChartID=2|titolo=History of the Laser {{!}} Photonics.com|accesso=7 febbraio 2019}}</ref><ref>{{cita pubblicazione|url=https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/basov-lecture.pdf |autore=Nikolay Basov|titolo=Lettura per il premio Nobel di Nikolay Basov|anno=1964}}</ref> Charles H. Townes, Nikolay Basov e Aleksandr Prokhorov ricevettero il premio Nobel per la fisica nel 1964, "''per il lavoro fondamentale nel campo dell'elettronica quantistica, che ha portato alla costruzione di oscillatori e amplificatori basati sul principio maser-laser.''"<ref>{{Cita web|url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1964/summary/|titolo=The Nobel Prize in Physics 1964|sito=NobelPrize.org|lingua=en|accesso=7 febbraio 2019}}</ref>

=== L'invenzione e la brevettazione ===

La paternità dell'invenzione del laser non è stata attribuita con certezza e il laser è stato oggetto di un trentennale contenzioso brevettuale.

Il 16 maggio 1960, [[Theodore Harold Maiman|Theodore H. Maiman]] azionò il primo laser funzionante a [[Malibù]] in California presso i laboratori della Hughes Research.<ref>{{Cita pubblicazione|cognome=Maiman |nome=T. H. |wkautore=Theodore Harold Maiman |anno=1960 |titolo=Stimulated optical radiation in ruby |rivista=Nature |volume=187 |numero=4736 |pp=493–494493-494 |doi=10.1038/187493a0|bibcode = 1960Natur.187..493M |issn=0028-0836}}</ref><ref>{{Cita web|accesso=15 maggio 2008|url=http://www.press.uchicago.edu/Misc/Chicago/284158_townes.html|titolo=The first laser |editore=[[University of Chicago]]|autore=[[Charles Hard Townes|Townes, Charles Hard]] }}</ref> Era un laser a stato solido che sfruttava il cristallo di [[rubino]] in grado di produrre un raggio laser rosso con una lunghezza d'onda di 694&nbsp;nm. Sempre nel 1960, [[Ali Javan]], William R. Bennett e Donald Herriott costruirono il primo laser utilizzando l'[[elio]] e il [[neon]], definito '''maser ottico a gas'''<ref>{{US patent|3149290}}</ref>, in grado di produrre un raggio infrarosso. Nel 1963 K. Patel dei [[Bell Laboratories]] mette a punto il laser ad [[anidride carbonica]].<ref name="photonic" /> Tre anni prima Gordon Gould, che aveva incontrato e discusso con Townes, si era annotato vari appunti sull'utilizzo ottico dei maser e sull'utilizzo di un risonatore aperto, dettaglio poi successivamente comune in molti laser. Ritenendosi inventore del laser, Gordon Gould aveva depositato presso un notaio i suoi appunti, ma nel contenzioso legale che ne nacque, non gli venne riconosciuta dall'ufficio brevetti la paternità dall'invenzione. Nel 1971 Izuo Hayashi e Morton B. Panish dei [[Bell Laboratories]] disegnano il primo laser a semiconduttori ([[diodo laser]]) in grado di operare in continuo a [[temperatura ambiente]]. Nel 1977 viene attribuito un brevetto per il "pompaggio ottico" a Gordon Gould e nel 1979 un brevetto<ref>{{US patent|4161436}}</ref> descrive una grande varietà di applicazioni del laser, incluso riscaldamento e vaporizzazione dei materiali, saldatura, foratura, taglio, misurazione delle distanze, sistemi di comunicazione, sistemi di fotocopiatura oltre a varie applicazioni fotochimiche. Anche se non è mai stata attribuita a Gordon Gould l'invenzione del laser, per i suoi brevetti successivi ha incassato [[royalties]] milionarie da chi ha sviluppato sistemi laser utilizzando soluzioni e/o applicazioni da lui inventate.<ref name="photonic">{{cita testo|url=http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279|titolo=A History Of The Laser: A Trip Through The Light Fantastic}}</ref><ref>{{cita libro|autore=Nick Taylor |titolo=LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war |anno=2000 |url=https://archive.org/details/laser00nick |data=2000 |editore=Simon & Schuster |isbn=0-684-83515-0 }}</ref><ref>{{cita libro |autore=Joan Lisa Bromberg |titolo=The Laser in America, 1950–1970 |data=1991 |pp=74–7774-77 |url=http://aip.org/history/exhibits/laser/pdf/BrombergExcerpt.pdf |editore=MIT |isbn=978-0-262-02318-4 |accesso=11 marzo 2016 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120306054103/http://aip.org/history/exhibits/laser/pdf/BrombergExcerpt.pdf |urlmorto=sì }}</ref><ref>{{cita web |url=http://www.aip.org/history/exhibits/laser/sections/whoinvented.html |titolo=Who Invented the Laser? |data=2010 |editore=American Institute of Physics |autore=Spencer Weart |accesso=11 marzo 2016 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140528023745/http://www.aip.org/history/exhibits/laser/sections/whoinvented.html |urlmorto=sì }}</ref>

== Descrizione ==

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In condizioni di equilibrio N₁ è sempre maggiore di N₂ (perché le popolazioni dei due livelli sono descritte dalla [[distribuzione di Boltzmann]] <math> N_{2}=N_{1}e^{-(E_{2}-E_{1})/kT} </math>, da notare l'[[esponente]] negativo) e quindi per ottenere prevalenza dell'emissione stimolata è necessario mantenere il sistema lontano dall'equilibrio, attuando l{{'}}'''[[inversione di popolazione]]'''.

La stimolazione o pompaggio di un laser può avvenire otticamente o elettricamente. La stimolazione ottica può essere effettuata da una lampada che avvolge il materiale attivo il tutto all'interno di uno specchio. In alternativa si può utilizzare una lampada lineare, ma il materiale attivo e la lampada devono essere posti nei fuochi di uno specchio ellittico in modo da far convergere tutti i raggi luminosi sul materiale attivo. La stimolazione elettrica invece avviene mediante l'applicazione di una [[differenza di potenziale]] ed è applicabile solo a materiali conduttori come, ad esempio, vapori di metalli.

=== Caratteristiche della radiazione laser ===

* DirezionalitàUnidirezionalità: al contrario delle sorgenti elettromagnetiche tradizionali, il laser emette la radiazione in un'unica direzione. Più precisamente l'[[angolo solido]] sotteso da un fascio laser è estremamente piccolo; una buona descrizione della propagazione e [[collimazione]] di un fascio laser è data dall'ottica dei [[fascio gaussiano|fasci gaussiani]]. Questa caratteristica viene sfruttata in diversi ambiti, per esempio permette di trattare le superfici in maniera estremamente accurata ([[litografia]], [[Disco ottico|dischi ottici]], ecc.). In [[spettroscopia]] si ha la possibilità di aumentare notevolmente il [[cammino ottico]] e quindi la sensibilità usando una sorgente laser che attraversa il campione con una traiettoria a zig-zag grazie a un sistema di specchi.

* Monocromaticità: l'allargamento della banda di emissione è dato dalla larghezza naturale e dall'[[effetto Doppler]] (che può essere eliminato o comunque contenuto parecchio). In spettroscopia si sfrutta questa caratteristica per ottenere spettri ad alta [[Risoluzione angolare|risoluzione]]. Sarebbe molto difficoltoso ottenere gli spettri [[Spettroscopia Raman|Raman]] senza questa caratteristica dei laser.

* [[Radianza]]: nei laser la quantità di energia emessa per unità di angolo solido è incomparabilmente più elevata rispetto alle sorgenti tradizionali. In particolare è elevato il numero di [[fotoni]] per unità di [[frequenza]]. Questa caratteristica è diretta conseguenza delle due precedentemente citate. Grazie a questa caratteristica si ha la possibilità di osservare fenomeni particolari, come per esempio l'assorbimento a molti fotoni. L'elevata intensità ha trovato anche diverse applicazioni tecnologiche, per esempio nel taglio dei metalli.

* [[Coerenza (fisica)|Coerenza]]: mentre nell'emissione spontanea ogni fotone viene emesso in maniera casuale rispetto agli altri, nell'emissione stimolata ogni fotone ha la stessa [[Fase (segnali)|fase]] del fotone che ha indotto l'emissione. La fase viene quindi mantenuta nel tempo e nello spazio. Questa caratteristica ha permesso lo sviluppo della tecnica [[Spettroscopia Raman Coerente anti-Stokes|CARS]].

* Impulsi ultra-brevi: con diverse tecniche è possibile costruire laser che emettano pacchetti di onde estremamente stretti nel [[dominio del tempo]], attualmente si è giunti allo sviluppo di impulsi dell'ordine del [[femtosecondo]]. Questi laser hanno trovato impieghi in diversi ambiti di ricerca, hanno per esempio permesso la nascita di una nuova disciplina, che è stata chiamata [[femtochimica]].

== Classificazione ==

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Le norme attualmente in vigore dividono i laser in 7 classi, introducendo i parametri di:

* Limite emissione accessibile (LEA): livello massimo di emissione accessibile permesso in una particolare classe.

* Massima esposizione permessa (MEP): il livello della radiazione laser a cui, in condizioni ordinarie, possono essere esposte le persone senza subire effetti dannosi. I livelli MEP rappresentano il livello massimo al quale l'occhio o la pelle possono essere esposti senza subire un danno a breve o a lungo termine. Il MEP da cui normalmente si ricava il LEA delle diverse classi di laser è stato ricavato dalle “Linee guida sui limiti di esposizione alla radiazione laser di lunghezza d'onda compresa tra 180 nm e 1 mm.” redatte dalla Commissione Internazionale sulla Protezione dalle [[radiazioni non ionizzanti]] (ICNIRP).<ref>{{cita testo|url=http://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPLaser180gdl_2013.pdf|titolo=International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection - ICNIRP GUIDELINES ON LIMITS OF EXPOSURE TO LASER RADIATION OF WAVELENGTHS BETWEEN 180 nm AND 1,000 mm}}</ref>

* Distanza nominale di rischio ottico (DNRO): distanza dalla apertura di uscita in cui l'intensità o l'energia per unità di superficie (grandezze relative alla irradianza o radianza) è uguale alla massima esposizione permessa per evitare il danno corneale (MEP).<ref>{{cita testo|url=http://prod.sandia.gov/techlib/access-control.cgi/2002/021315.pdf|titolo=Approximation Methods for Estimating the Eye-Safe Viewing Distances, with or without Atmospheric Transmission Factors Considered, for Aided and Unaided Viewing Conditions}}</ref>

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== Impiego in medicina ==

Successivamente alla sua invenzione nel 1960, il laser è stato usato diffusamente per scopi medici. La funzione e risposta terapeutica dipendono in maniera complessa dalla scelta della lunghezza d'onda, dalla durata di irradiazione e dalla potenza del laser. Combinazioni diverse di questi parametri sono impiegate per trasformare l'energia luminosa in [[energia meccanica]], termica o chimica. Generalmente gli effetti meccanici sono prodotti dall'applicazione di brevi impulsi (dell'ordine dei nanosecondi) e alte energie.

In questo modo onde di stress meccanico possono essere prodotte con sufficiente forza per disintegrare [[calcolo urinario|calcoli urinari]]. Gli effetti termici si ottengono in funzione della dell'energia assorbita dai diversi tessuti. Brevi impulsi laser vengono usati per ablare sottili strati di tessuto in chirurgia rifrattiva, utilizzando luce laser che penetra solo alcuni micrometri nel tessuto. La lunghezza d'onda della luce laser può essere scelta in modo tale che la luce sia assorbita selettivamente dal bersaglio. La coagulazione selettiva delle vene varicose in [[chirurgia estetica]] può essere compiuta usando una [[lunghezza d'onda]] assorbita selettivamente dall'[[emoglobina]]. L'impulso è scelto allora sufficientemente breve così da non arrecare danno al tessuto normale circostante, ma anche lungo a sufficienza da permettere la coagulazione sull'intero diametro del vaso. Con la [[criolaserforesi]] si sfrutta la permeazione della barriera cutanea per favorire l'immissione di principi attivi per via cutanea.

=== Oftalmologia ===

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==== Trattamento delle cicatrici atrofiche, ipertrofiche e cheloidi ====

Il laser può essere utilizzato con funzione ablativa, quasi o non ablativa sulle lesioni cutanee che comportano una produzione irregolare di [[collagene]].

I più comuni ablativi sono il laser CO₂ (10600&nbsp;nm) e il laser erbio o Er-YAG (2640&nbsp;nm). In origine è stato utilizzato anche il laser PDL (585&nbsp;nm).<ref>{{cita testo|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11149609|titolo=Laser treatment of hypertrophic scars, keloids, and striae.}}</ref><ref>{{cita testo|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22612738|titolo=Management of acne scarring, part I: a comparative review of laser surgical approaches.}}</ref> Non ablativi o quasi ablativi invece le tecnologie a impulsi del laser Nd-YAG (1060&nbsp;nm) e diodico (1450&nbsp;nm). Recentemente è stata introdotta anche la tecnologia del laser frazionale (FRAXEL).<ref>{{cita testo|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17300597|titolo=Laser scar revision: a review}}</ref><ref>{{cita web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21856540|titolo=Laser treatment for improvement and minimization of facial scars |data= |accesso=|}}</ref><ref>{{cita testo|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24336931|titolo=Laser treatment of traumatic scars with an emphasis on ablative fractional laser resurfacing: consensus report.}}</ref>

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Contemporaneamente alla [[United States Navy]], varie industrie come la Northrop, [[Raytheon Company]]<ref>{{Cita web | url = http://www.militaryaerospace.com/articles/2014/08/raytheon-laser-jltv.html | titolo = Raytheon to build UAV-killing lasers for Marines | giornale = Military aerospace | data = 15 agosto 2014}}</ref> e la [[Lockheed Martin]] hanno incominciato nei primi mesi del [[2014]] a produrre cannoni laser, con potenze e prestazioni sempre superiori<ref name="LA4">{{cita web|url=http://www.tomshw.it/news/cannone-laser-da-30-kilowatt-per-scopi-militari-54926|titolo=Cannone laser da 30 kilowatt per scopi militari|data=31 gennaio 2014|accesso=27 febbraio 2016|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160305160600/http://www.tomshw.it/news/cannone-laser-da-30-kilowatt-per-scopi-militari-54926|urlmorto=sì}}</ref><ref>{{Cita web | url = http://defense-update.com/20140813_laser-gbad.html | titolo = US Navy to test powerful, mobile laser weapon against drones | giornale = Defense Update | data = 13 agosto 2014| accesso = 29 marzo 2016}}</ref>. Nel giro di un anno, nel [[marzo]] [[2015]] la Lockheed affermò che ''Athena'', nome dell'arma, era in grado, pur con poco più di 30&nbsp;kW di potenza, di perforare e sciogliere come burro la lastra del cofano di un [[Pick-up (veicolo)|pick-up]] da quasi un [[Miglio (unità di misura)|miglio]] di distanza, ovvero circa 1,6 [[chilometro|km]].<ref>{{cita web|url=http://www.corriere.it/esteri/15_marzo_09/laser-che-taglia-come-burro-furgone-quasi-due-km-distanza-a46ac948-c64b-11e4-80fc-ae05ebe65fb1.shtml|titolo=Il laser che “taglia” come burro il furgone da quasi due km di distanza|data=9 marzo 2015|accesso=27 febbraio 2016}}</ref>

=== Anni 2020 ===

Nel 2025 durante la parata militare per l'80 Anniversario del giorno della Vittoria cinese sono stati presentati quattro autocarri dotati di un sistema d'arma laser denominato LY-1 per la difesa antiaerea<ref>{{cita web|url=https://www.twz.com/news-features/chinas-imposing-ly-1-high-power-laser-weapon-unveiled-at-huge-military-parade|titolo=China’s Imposing LY-1 High-Power Laser Weapon Unveiled At Huge Military Parade|sito=The War Zone |data=3 settembre 2025|autore=Joseph Trevithick|accesso=9 settembre 2025}}</ref>. In precedenza un sistema simile aveva fatto la sua comparsa su una nave d'assalto anfibio [[Classe Yuzhao|Tipo 071]]<ref>{{cita web|url=https://www.twz.com/sea/laser-weapon-appears-on-chinese-amphibious-assault-ship|titolo=Laser Weapon Appears On Chinese Amphibious Assault Ship|sito=The War Zone |data=19 agosto 2024|autore=Thomas Newdick|accesso=9 settembre 2025}}</ref>.

== Altri utilizzi ==

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==== Combustione ====

[[Laser CO2|Laser CO₂]] a bassa potenza, bisturi laser. I laser a infrarossi a onda continua in uso in medicina tagliano per combustione: il raggio scalda il tessuto fino a far evaporare l'acqua contenuta in esso, e poi provoca la combustione del tessuto secco, che viene distrutto. La combustione del materiale asportato è spesso presente anche nei processi di taglio per fusione, dove può fornire un notevole contributo energetico. Questo tipo di taglio viene usato per fermare forti emorragie, poiché il laser a infrarossi causa la [[cauterizzazione]] della ferita.<ref>{{cita pubblicazione|autore=Brinda R Kamat|coautori=John M Carney, Kenneth A Arndt, Robert S Stern and Seymour Rosen|titolo=Cutaneous Tissue Repair Following CO2 Laser Irradiation|rivista=Journal of Investigative Dermatology|anno=1986|volume=87|pp=268–271268-271|doi=10.1111/1523-1747.ep12696651|url=https://www.nature.com/jid/journal/v87/n2/pdf/5614229a.pdf|accesso=12 settembre 2013}}</ref>

=== Saldatura Laser ===