Lazer Nasıl Çalışır? |
2. Bölüm

Lazer ışınları, her zaman farkında olmasak da hayatımızın her alanında bizimle. Öyle ki, hangimiz ışın kılıcı olmayan bir Master Yoda, lazer silahı olmayan bir Kaptan Kirk düşünebiliyoruz? Lazer teknolojisini DVD okuyucularda, göz ameliyatlarında, dövme sildirmede ve daha nice alanda görüyoruz. Peki lazere dair ne biliyoruz? Lazer nedir? Nasıl oluşur? Çeşitleri nelerdir? Kafanızda bunun gibi deli sorular varsa, cevabı için doğru yerdesiniz.

A- A+

22.07.2014 tarihli yazı 26867 kez okunmuştur.

Lazer Teknoloji Atom Madde Işın Foton Enerji

Lazer ışığının özelliklerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

► Tek renklidir, yani tek bir dalgaboyuna sahiptir.

► Koherenttir. Yani düzenlidir. Tüm fotonlar birbiriyle eş adımda yürür. Bunu aynı adımda yürüyen bir bölük asker gibi düşünebiliriz.

► Tek yönlüdür ve aynı zamanda çok güçlü, konsantre ve ince bir ışındır. Buna zıt bir örnek olarak bir fotoğraf makinesinin flaş ışığını düşünebiliriz. Flaş ışığında ışınlar zayıftır ve bir çok yöne saçılır.

Bu üç özelliğin oluşması için uyarılmış salınım (stimulated emission) olması gerekir. Normal ışıklarda bu gerçekleşmez. Uyarılmış salınımda foton salınımı düzenlidir.

Şekil 1: Farklı Renkteki Lazer Işınları

►İlginizi Çekebilir: ABD Savunma Sanayisi Lazer Sistemi ADAM'ı Tanıttı

Bir atomun yaydığı bir fotonun uyarılma seviyesi ve temel seviyesi arasındaki enerji farkına bağlı olarak belirli bir dalgaboyuna sahip olduğunu belirtmiştik. Eğer belirli bir enerjiye ve faza sahip bu foton, aynı uyarılma seviyesindeki bir elektronla karşılaşırsa, uyarılmış salınım gerçekleşebilir. İlk foton, daha sonra yayılan fotonun (ikinci atomdan açığa çıkan) gelen fotonla aynı yönde ve frekansta salınacağı bir atomik emisyonu tetikleyebilir.

Lazer oluşturmak için bir diğer yol ise, enerji pompalanacak ortamın başına ve sonuna ayna koymaktır. Belirli bir dalgaboyu ve faza sahip olan bu fotonlar, hareketlerine ortamın başlangıç ve bitiş noktalarındaki aynalardan yansıyarak sürekli devam ettirecektir.

Bu işlemde, hareket eden fotonlar diğer elektronların da aşağı enerji seviyelerine atlamalarına neden olacak ve böylece aynı dalgaboyu ve fazdaki yeni fotonlar açığa çıkacaktır. Zamanla bu işlem art arda gerçekleşecek ve aynı dalgaboyu ve faza sahip çok fazla fotonumuz olacaktır. Ortamın sonuna koyulan ayna yarı-gümüşlü olduğunda ayna gelen fotonların bir kısmını yanısıtıp bir kısmını geçirecektir. İşte bu geçen ışınlar lazer ışığını oluşturacaktır.

Yakut Lazerler

Bir yakut lazer, bir flaş tüpü, bir yakut çubuk ve biri yarı gümüşlü olan iki ayna içerir. Buradaki yakut çubuk lazer ortamıdır. Flaş tüpü ise ona enerji pompalar.

Şekil 2-3: Yakut Lazer'in oluşumunda 1 ve 2. durumlar

Durum 1'de lazerdeki atomlar henüz uyarılma seviyesini aşmamış. Durum 2'de ise flaş tüp yakut çubuğun içine ışık vermeye başlar ve bu ışık atomları uyarır.

Şekil 4-5: Yakut Lazerin oluşumunda 3 ve 4. durumlar

3. Durum'da bazı atomların foton yayınladığını görüyoruz. 4. Duruma geldiğimizde ise bu fotonlardan bazıları çubuğun eksenine paralel ilerler ve aynalardan yansıyarak çubuk içinde ileri ve geri hareketlerini sürdürürler. Hareket eden bu fotonlar kristalden geçerken diğer atomları da uyarırlar.

Şekil 6: Durum - 5

Durum 5 ve mutlu son! Tek renkli, tek fazlı ışınlar, yarı geçirgen aynayı terk eder, lazer ışığı oluşur.

►İlginizi Çekebilir: Ölüm Makinesi Görevine Hazır

Üç enerji seviyeli bir lazerin nasıl oluştuğunu aşağıdaki görselimizde görebilirsiniz.

Şekil 7

►İlginizi Çekebilir: Lazer Saha Maçına Gelir misin?

Yakut lazer, katı durumdaki lazere bir örnektir ve 694 nm dalgaboyunda ışın yayınlar. Diğer lazer ortamları istenilen dalgaboyuna, gereken güce göre seçilebilir. Bazı lazerler çeliği kesebilecek kadar çok güçlüdür, buna CO2 lazerini örnek olarak verebiliriz. CO2 lazerinin bu kadar tehlikeli olmasının sebebi yaydığı lazer ışınının spektrumun kızılötesi ve mikrodalga bölgesinde yer almasıdır.

Kızılötesi radyasyon ısıdır ve bu lazer karşılaştığı her şeyi eritebilecek güçtedir.

Diğer lazer türlerinden diyot lazerler çok zayıftır ve günlük hayatta kullandığımız cep lazerleri bu türe dahildir. Bu lazerler tipik şekilde 630 nm ve 680 nm arasında kırmızı bir ışın yayarlar.

Lazerler endüstride ve araştırmalarda bir çok şekilde kullanılır.

Bu kullanımlara örnek olarak aşağıda lazer yazıcıların nasıl çalıştıklarına dair videoyu bulabilirsiniz.

Aşağıdaki tabloda bazı lazer türlerini ve yaydıkları ışının dalgaboylarını görebilirsiniz.

Lazer Tipi	Dalgaboyu (nm)
Nitrojen(UV)	337
Helyum neon (yeşil)	543
Yakut (kırmızı)	694
Karbondioksit	10600

Tablo 1

Lazer Sınıfları

Lazerler, verebilecekleri biyolojik zarara göre 4 şekilde sınıflandırılmışlardır.

Sınıf I: Bu türdeki lazerler insan sağlığı açısından tehlikesizdir.

Sınıf I.A: Bu özel bir sınıf olup, "göze tutulması uygun olmayan" olarak sınıflandırılmıştır. Buna örnek, süper marketlerdeki lazer tarayıcı verilebilir. Sınıf 1.A için üst güç limiti 4 mW'tır.

Sınıf II: Düşük güçlü ama Sınıf I'in üzerinde ve 1 mW'ın altında güce sahip gözlenebilir lazerlerdir.

Sınıf IIIA: Orta derecede güç seviyesine (1-5 mW) sahip lazerlerdir. Yalnızca gözün içine tutulduğunda zararlıdır. Günlük hayatta göstergeç olarak kullanılan lazerler bu sınıftadır.

Sınıf IIIB: Ortanın biraz daha üzeri seviye lazerlerdir.

Şekil 8: Sınıf III-B lazere bir örnek.

Sınıf IV: Yüksek güç seviyesindeki (500 mW) lazerlerdir. Her koşulda göze geldiğinde zararlı olup, insan tenine geldiğinde de zarar verebilmektedir.