Katalog

LAZER TEKNOLOJİSİ Lazerin özellikleri, kullanım alanları Sanayi, tıp, bilim, iletişim, eğlence ve sanat, askerlik, lazerin girdiği dallar. Ancak bunlara durmadan yenileri ekleniyor. Derleyen: G. Murat Dengiz Fizik mühendisl ısa sure öncesıne kadar laboratuvarlarda deneme amaçlı kullanılan lazerler, transıstör ve dıgıtal bılgısayarlar gıbı gunluk hayatımızın kaçınılmaz bır parçası oldu Fıber optık kablolar aracılığıyla ıletışım kompakt dısk (CD) ıle muzık, bazı yazar kasalardakı ışıklı gosterge her gun sıklıkla karşılaştığımız lazer uygulamalarıdır Ayrıca cerrahıden çevre kırlılığı araştırmalarına, sılah endustrısınden rock konserlerıne kadar çok genıs bır alanda lazer ışını kullanılmaktadır K Lazer nedir? Lazer (lıght amplıfıcatıon by stımulated emıssıon of radıatıon) normal ısıktan farklı bırcok ozellığe sahıp yoğun bır ışık kaynağıdır Laboratuvarlarda standart olarak kullanılabılecek kadar hassas bır dalga boyuna (ıkı dalga tepesı arasındakı mesafe) sahıptır (Lazerin monokromatık özellığı monos Tek chromas renk) Ayrıca ışın ıçındekı butun dalgalar aynı fazlıdır Coherent (ıkı veya daha fazla dalganın tepe ve çukur noktalarının aynı duzlemde olması) Yaydıkları ışın demetı ıcınde farklı fazlarda dalgalar ıçeren dogal ve bırçok yapay ışık kaynaklarından farklı olarak aynı fazda foton (ışık hızıyla hareket eden ener|i paketlerı) yayan lazer buyuk bır enerjıye sahıptır Son olarak kullanılan yontem nedenıyle çok ınce bır ışın demetı olarak kaynaktan çıkar ve he'men hemen hıç saçılıma uğramadan yoluna devam eder Teonk olarak bır kalem kalınlığındakı laser ışını dunyadan aya gonderıldığınde (dunya ıle ay arasındakı mesafe 384000 km'dır) ay yuzeyınde 2 5 km ca pında bır daıre olarak yayılacaktır Aynı deneyı bır el fenerıyle yapsaydık ay saçılan ısın demetı ıçınde kalacaktı Lazer nasıl çalışır? Lazerin gerısındekı temel prensıp uyarılmış yayınımdır (Stımulated emıssıon) Şekıl Fotonlar Llektron froton (a) (b) ŞEKİL 1 (C) 1A'da gosterılen bır elektron ve protondan oluşan hıdrojen atomunda, elektron yorungesının "yukseklığı" elektronun taşıdığı enerjı mıktarına bağlıdır Elektronu bır yörungeden dığerıne "atlatmak" ıçın bu elektrona onceden tam olarak belırlenebılen bır enerjı (quantum) vermek gerekır Elektron en alt yorungedeyken (ground state) en kararlı durumunda, yanı durağan (stable) olup dışardan herhangı bır enerjıye de ıhtıyacı yoktur Ancak bu durağan sısteme dışardan bır enerjı verıldığınde elektron daha yuksek bır yörungeye atlayarak uyarılmış duruma geçecektır (şekıl 1 B exıted state) Bu elektronun uyarılmış durumu olup artık durağan değıldır (Unstable) Nıtekım hemen durağan pozısyonuna yanı bır öncekı yörungesıne döner Bu sırada uyarılmış yörungeye çıkması ıçın almış olduğu enerjıyı toton olarak gerı verır Fotonun kendılığınden bu yayınımı lazer ışığının başlangıcıdır Eğer yeterlı sayıda uyarılmış atomlar bır aradaysa, fotonlardan bırı komşu atomun elektronuna çarparak kendı fotonunu açığa çıkartır (şekıl 1C) Sonuçta onceden 1 olan foton sayısı 2'ye çıkar Böylece nukleer reaksıyonlarda olduğu gıbı foton sayısı ustel olarak artar Fotonların uyarılmış atomlardan başka fotonlar çıkarması olayına uyarılmış yayınım denır Belırlı bır dalgaboyundakı foton aynı dalgaboyunda fotonlar açığa çıkartacağından lazer ışını monokromatık, yanı fotonla aynı dalgaboyuna sahıptır (dalgaboyu ıle renk arasındakı doğrudan ılıskı nedenıyle lazer ıçın tek renklıdır de dıyebılırız ) Şuphesız burada en onemlı nokta fotonların uyarılmış yayınımlarının olabılmesı ıçın aynı turden buyuk sayıda uyarılmış atomu bır araya getırmek gerekır Bu ıse atomları yoğun ısık veya elektronlarla bombardıman ederek onları uyarılmış duzeylere "pompalayarak" gerçekleşır Şekıl2'de gorulen yakut lazerin (ruby laser) kalbı sentetık yakut cubuktur Bu çubuğun her ıkı ucu gumuşle kaplanmış olup optık olarak duz ve bırbırlerıne tam paraleldır Ancak lazer ışınının çubuktan çıktığı uc tam yansıtıcı olmayıp ışıgın % 10'unun dışarı çıkmasına musaade edecek şekılde kaplanmıştır (gelışmıs lazer cıhazlarında her zaman aynı mıktarda lazer ışınının dışarı çıkmasını sağlamak ıcın qanahtar q sıtch kullanılır) Çubuk etrafındakı spıral xenon flaş tup yakut çubuk ıçındekı atomları uyarır Bu nedenle bu tıp lazerler optık olarak yyarılmış lazerlerdır Şeklın alt kısmında gorulen soğutucu, cıhazın calışması sırasında oluşacak ısıyı soğurmak ıcındır Flaş tup boşaldığında yolladığı fotonlar yakut çubuğa kenarlarından gırerek yeşıl ve Lazerler günlük hayatımızın bır parçası halıne geldi. Cerrahı'den, çevre kirlılığı araştırmalarına, sılah endustrısınden rock konserlerıne kadar çok genış bır alanda lazer ışını kullanılmaktadır. mavı ışığı soğuran koryum atomlarını (bu atomlar yeşıl ve mavı ışığı soğurdukları ıçın yakuta kırmızı rengını verırler) uyarırlar Bu uyarılmış atomlardak' elektronlar uyarılmış duzeylerınden durağan duzeylerıne donerken almış oldukları enerjıyı foton olarak gerı verırler Bu fotonlar komşu atomlardakı elektronları tetıkleyerek ustel olarak çoğalırlar Boylece 300 mıkrosantye ıçınde yakut kırmızısı renkte bır ışık elde edılır Fakat bu hâlâ ıstedığımız lazer ışını değıldır Çubuk ıçınde oluşturulan kırmızı ışığın buyuk bır kısmı kenarlardan kaçar gerı kalanıysa çubuk ıçındekı yansıtıcıya s"rPip flerı yansıyarak kırmızı ışığın uyarılmış yayınımını arttırırlar (laser kelımesı ıçındekı guçlendırme amplıfıcatıon buradan gelır) Bellı bır guce erışen ışığın bır kısmı gerı yansımayarak çubuğun kısmen gumuşle kaplanmış yuzunden dışarı lazer ış.nı olarak çıkar Gerı kalan ışık çubuğun ayna yuzeylerınden yansıyarak daha fazla koryum atomuyla etkıleşır ve foton çıkarmaya devam eder Şekıl 3A ve 3B sırayla aynı ve farklı (rasgele) fazlardakı (coherent ve ıncoherent) ışığı gostermektedır Normal ışıkta bulunan farklı fazlardakı dalgalar gırışıme neden olacağından karşılıklı gelen dalga uçlarında sonunum olacaktır Lazer ışığında ıse butun dalgalar aynı fazda olduğundan normal ışığa gore daha yoğun ve guçlu bır ışık elde edılır Kullandıkları kaynağa gore adlandırılan çeşıtlı lazerler vardır Aşağıdakı ornekler son 25 yılda bu alanda yapılan çalışmaların bır kesıtıdır Bunlar yukarıda ornek olarak verılen yaGumüş kut lazerin de ıçınde bulunduğu tıpler olup optık olarak pompalanırlar " Guçlerı oldukça duşuktur (mılıvvat mertebesınde) Bu kategorıde en çok rastlanan ve yakın kızılötesınde (nearınfrared) ışık veren neodyumyağ (ytrıum alumınyum garnet) lazerlerdır Yağ lazerlerınde kullanılan çubuğun ısı ıletkenlığı lyı olduğu ıçın bu lazerler uzun sure çalışabılırler Krıstaı lazer aılesının dığer bır uyesı de neodyumcam lazerlerdır Yağ tıplerıne nazaran daha ucuzdurlar, ancak camın zayıf ısı ıletkenlığınden dolayı uzun sürelı ışlemlerde kullanılmazlar Gaz lazerler Dığer tıplere göre en fazla (5000'den çok) uyesı bulunan gruptur Krıstal lazerlerde olduğu gıbı optık pompalamaya gerek olmadan, gaz ıçınde bınlerce volt akım geçırılerek lazer ışını elde edılır Burada yakut çubuk yerıne yıne ıkı tarafı gumuşle kaplanarak parlatılmış ve ıçı gaz dolu bır tup bulunur Gaz ıçınden akım geçerken elektronlar bır kısım ener|ilerını gaz atomlarına vererek onları uyarırlar ve foton çıkarmalarına neden olurlar Yapılarından dolayı uzun surelı ışlemlerde gaz lazerlerın krıstal tıplerıne gore daha verımlı soğutulmaları gerekır (gaz lazerlerde genellıkle cryrogenıc soğutucular kullanılır) Bu alanda en fazla kullanılan lazer tıpı helyumargon lazerlerıdır Çok ınce kırmızı ışığı ve 50 mılıvvatlık gucu ıje laboratuvarlarda deneysel amaçlı kullanımlar ıçın ıdealdır Argon ve krıpton lazerler çok çeşıtlı renklerde olmakla bırlıkte guçlerı azdır Bu nedenle 100 watt gucunde bır argon lazer yapmak fızıbıl değıldır Yeşıl ışığıyla argon lazerler bugun tıp alanında genış çapta kullanılmaktadır Bu aılede en guçlu gaz lazer bırkaç yuz kw guce erışebılen karbond.oksıt lazerlerdır Bunlardan orta buyuklukte olanları endustrıde kullanılmaktadır kaplı uç Flaş tüp Kısmen Gümüşle kaplı uç Sıvı lazerler 12 ŞEKİL 2 Organık boyalar alkol gıbı organık bıleşıklerde çozulduğunde foton ışımasına neden olurlar Organık lazerler çok çeşıtlı renklerde olurlar Optık ayarlama ıle çok hassas renkler seçılebılır Bu özellığı ıle boya lazer