LASER DI POTENZA. SORGENTI E COMPONENTI OTTICI

Premessa - Indice

Premessa

Alla fine degli anni '70 le applicazioni dei laser in medicina e nelle lavorazioni industriali erano ancora in fase di valutazione ma si erano già ottenuti, soprattutto all'estero, risultati particolarmente promettenti. Vi era un notevole interesse anche da parte di gruppi di ricerca scientifici ed industriali in Italia anche se l'attività di ricerca era molto limitata.
Il CNR aveva attivato fin dal 1963 iniziative per ricerche di base nel settore dell'elettronica quantistica, quali l'Impresa triennale Laser e Maser che avevano prodotto interessanti contributi scientifici ed avevano consentito la formazione di gruppi di ricercatori qualificati in vari laboratori universitari e di altri enti. Il CNR stesso aveva successivamente promosso altre ricerche nel settore che consideravano anche alcuni aspetti applicativi. Interpretando la crescente esigenza di un maggior impegno, in particolare nei settori applicativi, il CNR avviava nel 1974 lo studio di fattibilità del Progetto Finalizzato 'Laser di Potenza'.
Tale studio, presentato alla fine del 1975, individuava come argomenti di notevole rilevanza industriale, economica e sociale, le applicazioni mediche e le applicazioni dei laser alle lavorazioni di materiali. Queste indicazioni si sono dimostrate valide e le conoscenze acquisite su questi argomenti hanno consentito l'avvio e lo sviluppo di nuove attività produttive da parte di industrie nazionali operanti nei settori meccanico, elettronico ed elettromedicale. Il Progetto ha avuto inizio alla fine del 1978 e la maggior parte dei programmi si sono conclusi nel 1983. Il trasferimento dei risultati delle ricerche è proseguito anche negli anni successivi che hanno visto aumentare il numero di industrie interessate alla utilizzazione delle nuove tecnologie o alla costruzione di sorgenti e sistemi laser.
Le attività del Progetto sono state organizzate in modo da realizzare un'efficace collaborazione, in gruppi di lavoro interdisciplinari, tra Industrie, Organi di Ricerca del CNR, Istituti Universitari ed Ospedalieri e Laboratori di ricerca applicata costituendo una rete di Centri per le applicazioni indusriali ed un'analoga rete di Centri per le applicazioni mediche. In particolare lo schema di lavoro che è stato adottato ha consentito la interazione tra i seguenti elementi:

- Laboratori di ricerca specializzati su determinate classi di sorgenti laser;
- Centri di riferimènto per la definizione e lo studio di specifiche classi di applicazioni;
- Enti interessati alle applicazioni messe a punto nei Centri di riferimento;
- Industrie interessate alla costruzione di componenti o sistemi laser che siano risultati economicamente significativi.

La sfera di azione del Progetto del CNR consisteva nel coordinamento delle interazioni tra i suddetti elementi con interventi di programmazione e supporto delle attività di ricerca presso i Laboratori laser ed i Centri per le applicazioni e, in parallelo, nella diffusione di informazioni e nel trasferimento tecnologico verso gli Enti e le Industrie utilizzatrici.
Gli Enti e le Industrie suddetti hanno successivamente proposto e finanziato, direttamente o con fondi per la ricerca industriale, studi per applicazioni particolari presso i Centri. Le conoscenze così acquisite con il contributo del CNR sono state quindi messe a disposizione della comunità nazionale catalizzando attività applicative di più ampio respiro. Nei cinque anni di attività le ricerche sono state concentrate sulle Applicazioni Mediche, sulle Applicazioni Meccaniche e sullo studio e sviluppo delle Sorgenti Laser più significative per questi scopi.
Nelle tre aree di attività suddette è stato possibile recuperare dapprima lo svantaggio iniziale e portare i gruppi di ricerca italiani a produrre risultati competitivi a livello internazionale. Anche dopo la conclusione del Progetto, i gruppi di ricerca formatisi hanno continuato a produrre validi risultati anche se l'attività è stata in molti casi ridimensionata a causa della mancanza di finanziamenti.
Nel settore delle Applicazioni Mediche l'impiego clinico dei laser ha dato un contributo di notevole interesse introducendo terapie medico-chirurgiche innovative con notevoli vantaggi per il paziente spesso associati anche ad una riduzione dei tempi di ricovero ospedaliero. Il trattamento laser a livello ambulatoriale ha potuto sostituire infatti in molti casi i trattamenti convenzionali che solitamente richiedevano ricoveri ospedalieri dell'ordine di una settimana.
Nel settore delle Applicazioni Meccaniche le tecnologie laser hanno dato luogo a miglioramenti nella qualità dei prodotti ed all'aumento di produttività dei processi di lavorazione. Sono anche stati individuati alcuni processi di lavorazione possibili soltanto con l'impiego di laser e di appositi sistemi. Nel Progetto erano stati infatti previsti

Sorgente laser modulare

non solo programmi di ricerca per la messa a punto dei processi tecnologici ottimizzati di utilizzazione dei laser, ma anche programmi per lo svìluppo di sorgenti laser e di sistemi completi per lavorazioni meccaniche. Nel campo più critico e difficile dello sviluppo delle Sorgenti Laser si sono ottenuti risultati tecnici competitivi, ma la risposta industriale è stata solo parzialmente soddisfacente per motivi al di fuori del controllo degli operatori del Progetto. Dopo i successi iniziali, durante lo svolgimento e immediatamente successivi alla conclusione del Progetto, le industrie laser italiane non hanno saputo o potuto mantenere i livelli di competitività faticosamente raggiunti dovendo operare in un contesto europeo in forte sviluppo.
L'azione promozionale del CNR in Italia si è infatti esaurita proprio quando iniziavano all'estero {soprattutto in Germania) grandi investimenti di ricerca e sviluppo che hanno portato fra l'altro alla costituzione di appositi Istituti, totalmente finanziati dallo Stato, in appoggio alle industrie produttrici di strumentazione laser per applicazioni mediche e per lavorazioni industriali.
Questa serie di monografie sulle Applicazioni Mediche, Meccaniche e sullo sviluppo delle Sorgenti Laser, raccolte in tre volumi, riporta i risultati più significativi ottenuti dal Progetto e li presenta in modo coordinato e leggibile. Altri risultati più dettagliati sono contenuti nella complessa e ricca documentazione contrattuale peraltro di non facile lettura.

Il volume: Laser di potenza. Sorgenti e componenti ottici, considera lo sviluppo delle sorgenti laser e presenta i risultati più significativi per le applicazioni meccaniche e mediche. Vengono analizzati i problemi relativi alla fisica ed alla modellistica delle sorgenti laser con particolare riguardo all'eccitazione del mezzo attivo, ai risonatori ed ai metodi di diagnostica dei fasci laser di potenza.
Due monografie presentano in dettaglio i risultati sui laser a CO2 con scarica autosostenuta e con eccitazione a fascio elettronico.
Per quel che riguarda le sorgenti laser di interesse per le applicazioni mediche vengono riportati i risultati relativi ai laser ad eccimeri, a coloranti organici ed a CO2 nella configurazione ad onda guidata. Una monografia è dedicata infine ai risultati ottenuti nell'analisi e definizione dei metodi di progettazione, realizzazione e collaudo dei componenti ottici per laser di potenza.

Le monografie raccolte nel volume: Laser di potenza. Applicazioni mediche, descrivono ed analizzano, in un primo gruppo, i risultati ottenuti nella fotochirurgia e fotocoagulazione con laser con trasporto in fibra o braccio articolato e manipolo in chirurgia generale, in chirurgia endocavitaria a cielo aperto ed in dermatologia. Un altro gruppo di monografie è dedicato alla chirurgia endoscopica dell'apparato gastrointestinale, all'urologia e ginecologia ed infine alla chirurgia con microscopio operatore in particolare per le applicazioni in otorinolaringoiatria ed in oculistica.
Per le diverse classi di applicazione viene dato un quadro di utilità clinica dell'impiego dei laser basato su risultati sperimentali e risultati clinici. Un terzo gruppo infine è dedicato alla fototerapia ed alla fotochemioterapia con particolare attenzione alle applicazioni in oncologia. A supporto e guida delle sperimentazioni è stata sviluppata un'analisi teorico-sperimentale delle interazioni radiazione-tessuto che viene specializzata per le varie categorie di applicazioni.

Sezione della cella laser

Particolare attenzione è stata dedicata all'analisi dell'interazione in presenza di sostanze coloranti fotodissociabili e con assorbimento selettivo da parte dei tessuti come l'ematoporfirina per la fototerapia dinamica. Vengono infine fornite indicazioni sulle procedure di sicurezza da adottare nelle applicazioni mediche.

La serie di monografie raccolte nel volume: Laser di potenza. Applicazioni meccaniche, include lo studio dei processi di interazione radiazione-materia specializzandolo per le lavorazioni meccaniche di maggior interesse quali il taglio, la saldatura ed i trattamenti termici. L'analisi teorico-sperimentale ha portato alla definizione di un'apposita modellistica per ogni tipo di lavorazione, verificata con risultati sperimentali raccolti in una banca dati di processo. La sperimentazione è stata fatta con i laser a CO2 ed a Nd-YAG che sono i più significativi per le applicazioni industriali. Sono stati anche effettuati studi sulle configurazioni dei sistemi di lavorazione, sulla definizione delle specifiche e sulla loro ottimizzazione. Infine sono stati riportati i risultati ed i metodi di trasferimento di tecnologie alle industrie.

Il materiale raccolto in questi tre volumi fornisce elementi e metodiche che costituiscono un prezioso punto di partenza per chi volesse entrare nel settore ed una fonte di informazione molto accurata per chi, già nel settore, volesse conoscere per le varie applicazioni la storia immediatamente precedente agli sviluppi attuali.
Non esiste nella letteratura scientifica e tecnica italiana un analogo complesso di lavori nel settore e queste monografie costituiscono una significativa sintesi dei risultati di questa valida iniziativa di ricerca applicata.
Il CNR, che con lungimiranza aveva seminato nel settore della ricerca di base subito dopo la scoperta dei laser negli anni '60, ha potuto ancora una volta dimostrare di saper investire efficacemente il capitale scientifico che aveva generato e le risorse economiche che gli erano state affidate anche nei settori applicativi.

Il merito di questo successo va a tutti i ricercatori che hanno contribuito con il loro impegno a questa impresa impostando efficaci collaborazioni interdisciplinari, va ai responsabili delle Unità Operative che hanno guidato le ricerche fra mille difficoltà scientifiche e burocratiche, va in particolare ai Responsabili di Sottoprogetto che, con un'opera paziente, tenace e incisiva, hanno efficacemente coordinato le ricerche e naturalmente va al Comitato Scientifico che ha orientato con saggezza la navigazione non sempre facile del Progetto.
A tutti rivolgo i miei ringraziamenti più sentiti.
La supervisione e l'assitenza dei Comitati interessati: Comitato di Fisica (comitato promotore), di Ingegneria (comitato guida), di Matematica, di Medicina e Tecnologico sono state particolarmente utili ed efficaci nella varie fasi di definizione e approvazione dei programmi esecutivi.
Ma il risultato forse più significativo anche se meno facilmente quantificabile, è il patrimonio di conoscenze acquisite da un nutrito gruppo di ricercatori e tecnici che si sono formati e specializzati in questo settore: questa è la migliore premessa per il successo delle attività future.


Direttore del Progetto Finalizzato 'Laser di Potenza'

Prof. ALBERTO SONA