Lazer Nasıl Çalışır? |
1. Bölüm

Lazer ışınları, tam anlamıyla farkında olmasak da hayatımızın her alanında bizimle. Lazer teknolojisini DVD okuyucularda, göz ameliyatlarında, dövme sildirmede ve daha nice alanda görüyoruz. Peki lazere dair ne biliyoruz? Lazer nedir? Nasıl oluşur? Çeşitleri nelerdir? Bu soruların cevapları için yazımızın devamını okumalısınız. İlk olarak lazerin temelini anlamak için atomu inceleyelim.

A- A+

15.07.2014 tarihli yazı 47042 kez okunmuştur.

Lazer Teknoloji Atom Madde Işın Foton Enerji

Evrende yaklaşık 100 çeşit atom bulunuyor. Gördüğümüz herşey aslında bu 100 atomun farklı kombinasyonlarıdır. Bu atomların bağlanma şekli ve düzeni, onlardan bir kahve bardağı mı, bir pencere mi yoksa bir düdüklü tencere mi oluşacağını belirliyor.

Şekil 1: Atomun İç Yapısı

Atomlar sürekli dönerek, titreşerek ve yer değiştirerek hareketlerini sürdürürler. Katı maddelerde bile bu durum geçerlidir.

Atomlar farklı uyarılma durumlarında bulunabilirler, yani farklı enerji seviyelerine sahip olabilirler. Eğer bir atoma çok fazla enerji uygularsak, temel (en düşük) enerji seviyesini terk edebilir ve uyarılma seviyesine çıkabilir.

Şekil 2: Uyarılan elektron üst enerji yörüngesine çıkıyor.

►İlginizi Çekebilir: Atom Enerji Üretiminin Gelecekteki Yeri

Modern atom modelinde tam olarak bu şekilde olmamasına rağmen atomun yörüngelerini (orbitallerini), farklı enerji seviyeleri olarak düşünmek, lazeri anlamanın öncesinde atomun mantığını anlamak açısından faydalı olacaktır. Böylece, eğer atomu ısıtmaya başlarsak, düşük enerji yörüngelerindeki bazı elektronların yüksek enerji yörüngelerine çıkıp atomun çekirdeğinden uzaklaşmasını bekleyebiliriz.

Bir elektron, yüksek enerji yörüngesine çıktığı zaman, bir süre sonra ait olduğu enerjili yörüngeye geri dönmek isteyecektir. İşte tam bunu yaparken sahip olduğu enerjiyi ışığın temel parçacık olan foton olarak açığa çıkarır. Örneğin bir tüplü televizyonu düşündüğünüzde, televizyonda gördüğünüz şey aslında yüksek hızlı elektronlar tarafından uyarılan ve farklı renklerde ışık yayınlayan fosfor atomlarıdır.

Şekil 3: Elektron düşük seviyeli bir yörüngeye düşerken, aradaki enerji farkı foton olarak yayınlanıyor.

►İlginizi Çekebilir: Bilimde Son Nokta | Kuantum Işınlama [Özel Haber]

Lazer, uyarılmış atomların fotonlarını yayınlama şeklini kontrol eden ve onları uyumlu bir huzme şeklinde oluşturan optik kaynaklardır. İngilizce'de, "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"'ın kısaltmasıdır. Yani lazerin nasıl çalıştığını da açıklayan "Uyarılmış Işıma ile Mikrodalga Yükseltici" anlamına gelmektedir.

Tarihte ilk olarak 1917 yılında Albert Einstein uyarılmış ışımayı öne sürmüştür. 1960 yılında Theodore Maiman optik frekansta lazer hareketini gerçekleştirmiş ve yazımızın ikinci kısmında bahsedeceğimiz yakut lazeri bulmuştur.

Şekil 4: Lazerin mucidi Theodore Maiman

►İlginizi Çekebilir: TÜBİTAK Desteğiyle İlk Kez Yerli Lazer Silahı Geliştirilecek

Tüm lazer tiplerinde ortama, atomları uyarılma eşiğinin üzerine çıkarmak üzere enerji pompalanır. Örneğin, yoğun bir ışık flaşı ya da elektriksel yük boşalması, ortama çok sayıda atomu uyaracak enerjiyi pompalar.

Genel olarak uyarılmış atomların seviyesi, temel seviyenin 2 ya da 3 seviye üzerindedir. Bu, popülasyon terslenmesinin (ing: population inversion) seviyesini artırcaktır. Popülasyon terslenmesi, temel seviyedeki atomlara karşı uyarılmış atomların sayısıdır.

Enerji ile pompalanan ortamda bulunan uyarılmış atomlar, bulundukları yörüngelerden daha düşük enerjili yörüngelere düştüklerinde açığa çıkardıkları enerji, salınan fotonun enerjisine eşittir. Bu enerji fotonun dalga boyunu belirler, dolayısıyla da açığa çıkan ışığın rengini belirler.