lazer ışınları

LASER
VE KULLANIM ALANLARI


1.LASER nedir?
2. Nasıl çalışır?
    2.1. Çalışma Prensibi.
    2.2. Dizaynı.
3. Tarihsel gelişim süreci.
4. LASER çeşitleri.
5. Kullanım alanları.
1. LASER Nedir?

•LASER (Lazer),  İngilizce’de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation kelimelerinin baş harflerinden oluşan bir kısaltmadır. Türkçe’ye uyarılmış ışıma ile kuvvetlendirilmiş ışık veya fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynak olarak çevirebiliriz.

2.Nasıl Çalışır?

     2.1. Çalışma Prensibi

•Laserin temeli atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişleri ile oluşan ışık fotonlarına dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E2 ve E3 olsun. 

Minimum enerji ilkesine göre atom veya moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E3 seviyesindeki elektron kendiliğinden E2 seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E3 − E2 = hν olan bir foton salar

•Eğer elektron bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir. Ancak eğer E3 düzeyindeki elektron E3 − E2 enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E2 düzeyine inerse bu şekilde salınan fotonun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve lazerin çalışmasının ana ilkesidir.

 •Uyarılmış salınımda yayınlanan fotonların yönleri yollanan fotonla aynı doğrultuda.

•Şimdi çok sayıda atomdan oluşan bir sistem ele alalım. Başlangıçta atomlar en alt enerji düzeyinde bulunduklarından bir şekilde atomların E3 düzeyine çıkarılması gerekir. Bu pompalama(population inversion) olarak adlandırılır. Ayrıca E3 ve E2 arasındaki geçişten lazer ışığı elde edebilmek için atomların E3 düzeyinde kalma süreleri E2 düzeyinde kalma sürelerinden uzun olmalıdır. Ancak bu şekilde E3 düzeyinde bulunan atomların sayısı daima artacaktır

2.2. Dizaynı

    Lazerin kısaca ve en kaba tabiri, biri %100 yansıtıcı diğeri ise %98 yansıtıcı iki ayna arasına yerleştirilmiş aktif ortamdan oluşur. Aktif ortama dışardan ısı, ışık, elektrik, kimyasal vb. gibi enerji verilerek aktif ortam tetiklerenek foton yayılması sağlanır. Yayılan fotonlar sistemde yer alan iki ayna arasında gidip gelerek hem şiddetini artırır hem de birbirine paralel duruma geçer. Aynalar arasında hareket eden fotonlar belirli bir eşik şiddetine ulaştıktan sonra %98 yansıtıcı aynadan çıkarak lazer ışınını oluşturur.

            

M1 :%100 yansıtıcı ayna

M2 :%98 yansıtıcı aynı

Aktif ortam:  Helyum-Neon, CO2, Nd- YAG, Ti-Safir, Argon İyon, Yakut vb. gibi maddeler olabilir.

Dış enerji: Isı enerjisi, ışık enerjisi, kimyasal enerjisi, elektrik enerjisi vb. enerjileri olabilir.

Tarihsel Gelişim Süreci

•Charles Townes maser ile ilgili olan bir mikrodalga yapısına uyarılmış yayınım işlemlerinin avantajını aldı. Bu cihaz komünikasyon için kullanılan uyumlu mikrodalga ışınlarını üretti. İlk maser 1.25 cm dalgaboyunda kazanç üreten 2 enerji seviyesi arasındaki tersinim ile amonyak buharında üretildi.

•   Townes ve Schawlow ışının büyümesine izin veren bir optik ayna rezonant kavitesi tarafından etrafı sarılan optik yükselteç kavramını geliştirdiler ve 1958’de bir makale yayınladılar. Bu alandaki çalışmaları ile Nobel Ödülünü paylaştılar.

•   Hughes araştırma laboratuarından Teodore Maiman yükselteç olarak ruby kristalini, enerji kaynağı olarak flaş lambasını kullanarak 1960’da ilk lazeri üretti.

   Bell laboratuarından A. Javan, W. Bennett ve D. Harriott helyum ve neon gazlarının karışımını kullanarak 1961’de ilk gaz lazerini geliştirdi. Aynı laboratuardan L. F. Johanson ve K. Nassau ilk elde edilen lazerlerin en güvenlilerinden biri olan  neodyum lazerinin kullanılışını gösterdi, bunu 1962’de General Electric araştırma laboratuarından R. Hall tarafından gösterilen ilk yarı-iletlken lazer izledi. Bell laboratuarından C. K. N. Patel günümüzde üretilen en verimli ve güçlü lazerlerden biri olan kızılötesi karbon dioksit lazeri 1963’de keşfetti. Aynı yılın sonunda Spectra Physic’den E. Bell mercury buharında ilk iyon lazerini keşfetti

•Hughes araştırma laboratuarından W. Bridges argon iyon lazerini 1964’de keşfetti ve 196’da W. Silfvast, G. R. Fowles ve B. D. Hopkinsilk mavi helyum-kadminyum metal buhar lazerini üretti. Aynı yıl boyunca,; IBM araştırma laboratuarından P. P. Sorokin ve J. R. Lankard solventte çözülmeyen organik boya lazerini  kullanarak ilk sıvı lazeri geliştirdi ve W. Walter ve çalışma arkadaşları TRG’de ilk bakır buhar lazerini sundu.

•   R. Waynant ve IBM’den R. Hodgson moleküler hidrojende oluşturulması için ilk vakum mor ötesi lazeri Naval araştırma laboratuarında 1970’de sundular. İyi bilinen ilk seyrek gaz lazeri excimer lazerler ksenon florid içinde Avco-Everett araştırma laboratuarından J. J. Ewing ve C. Brau tarafından 1975’de  gözlendi. Aynı yılda, ilk kuantum lazeri galyum arsenid yarıiletken içinde Bell laboratuarında J. Van der Ziel ve çalışma arkadaşları tarafından yapıldı. CO2 lazer dalgaboyunda kızılötesinde çalışan ilk serbest-elektron lazer yükselteci Standford üniversitesinde J. M. J. Madey tarafından 1976’da sunuldu. Allied kimya kurumunda Walling ve çalışma arkadaşları tarafından 1979’da alexandrite olarak isimlendirilen katı-hal lazer maddesinden geniş tunable lazer çıkışı elde edildi. İlk yumuşak x-ışını lazer D. Matthews ve çok sayıda çalışma arkadaşı tarafından Lawrence Livermore Laboratuarında yüksek iyonize olmuş Selenyum plazmada sunuldu.

  •Fox ve Li bir lazer kavitesindeki rezonant enine modların varlığını 1961’de tanımladı. Aynı yıl, konfokal rezonatör modlar için dalga eşitliğinin çözümü Boyd ve Gordon tarafından elde edildi. Kararsız rezonatörler 1969’da Krupke ve Sooy tarafından sunuldu, ve Siegman tarafından teorik olarak tanımlandı. Q-switch McClung ve Hellvarth tarafından 1962’de ilk kez elde edildi ve Wagner ve Lengyel tarafından daha sonra tanımlandı. İlk mod-kilitleme Hargrove, Fork, ve Pollack tarafından 1964’de elde edildi. Daha sonra pek çok özel kavite düzenlemesi, geribesleme şeması ve diğer cihazlar lazerlerin kontrol, çalışma ve güvenliğinin ilerlemesi için de geliştirildi.

LAZER ÇEŞİTLERİ
Gaz Lazerleri
Sıvı Lazerleri
Katı-hal Lazerleri
Atom Lazerleri

Helyum-Neon Lazeri

Molekül Lazerleri

CO2 Lazeri

Nitrojen Lazeri

Uzak kızıl-altı Lazeri

Excimer Lazeri

İyon Lazerleri

Argon İyon Lazeri

Kripton İyon Lazeri

Metal Buharı Lazerleri

Bakır Buharı Lazeri

Altın Buharı Lazeri

Boya Lazerleri

X-Işını Lazerler

Serbest Elektron Lazerleri

Fiber Lazerler

Yakut Lazeri

Nd-YAG Lazer

Ti-Safir Lazeri

Diyot Lazeri

Kullanım Alanları

Teknolojinin hızlı ilerlemesiyle birlikte bir çok Laser kolay ulaşılır hale gelmiş ve ilk defa 1974 yılında süpermarketlerde barkod okuyucu olarak günlük hayatımıza girmeye başlamıştır. Daha sonraları da cd okuyucu, yazıcı gibi bir çok aletle evimize girmiştir. Günlük kullanımın dışında da tıp, askeriye, eğlence vs. gibi değişik bir çok alanda kullanılmaktadır. Genel olarak bu alanlara bakacak olursak:

Tıp

Bilimsel araştırmalar

Havacılık-Uzay araştırmaları

Endüstriyel sanayide Savunma sanayii

Mikro biyoloji

Haberleşme

Enerji transferi

Oyuncak ve eğlence sektörü

LAZERİN KULLANIM ALANLARI

•TIPTA KULLANIMI

          Lazer teknolojisi her geçen gün gelişmekte olan yeni bir bilim dalıdır. Bilim adamları bu yeni teknoloji ile insanların sağlık problemlerini çözmek için ciddi bir uğraşa girmişlerdir. Neticede tıpta birçok alanda insanların hizmetine bu lazer teknolojisini sokmuşlardır. Örneğin estetik cerrahi, göz ameliyatları, diş tedavisi, ciltteki lekelerin temizlenmesi vb. gibi kullanım alanlarına sahiptir.

•BİLİMSEL ARAŞTIRMALARDAKİ KULLANIMI

 Lazer ışınlarının katkıları bilimsel araştırmalara da damgasını vurmuştur. Fentometrelerce küçük mesafeleri rahatlıkla ölçmektedir.

 Atomik ve moleküler spektroskopi       

 Biyolojik yapılar ve bunların dinamiği

   -Yüzey ve ince film fizik ve kimyası    

 Katıhal reaksiyonlarının dinamiği

•Lazerin kullanım alanlarından en önemlilerinden biri de endüstriyel sanayidir. Yapılması zor ve yüksek maliyetli birçok işlemi hem çok kısa zamanda hem de çok daha düşük maliyette imalat yapmayı sağlamaktadır. Örneğin metal, ahşap gibi sayısız yüzeylere çok rahatlıkla işleme yapma imkanı sunar. Yine aynı şekilde birçok madde için kaynak, kesme, delme, oyma vb. gibi işlemleri kolayca yapabiliriz.

LAZERİN ENDÜSTRİDE KULLANIMI

•Nd-YAG LAZERİ

•CO2 LAZER

•FİBER LAZERLER

LAZERLE İŞLENMİŞ PARÇA FOTOĞRAFLARI