Tek renkli, oldukça düz, yoğun ve aynı fazlı
paralel dalgalar halinde genliği yüksek güçlü bir ışık demeti üreten alet.
Laser İngilizce; Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation (uyarılmış ışın neşriyle ışık
kuvvetlendirilmesi) cümlesindeki kelimelerin baş harflerinin alınmasından
türetilmiş bir kelimedir.
1960 senesinde ABD’de
Theodore H. Maiman tarafından keşfedilmiştir. Normal ışık, dalga boyları muhtelif,
rengarenk, yani farklı faz ve frekansa sahip dalgalardan meydana gelir. Laser
ışığı ise yüksek genlikli, aynı fazda, birbirine paralel, tek renkli, hemen
hemen aynı frekanslı dalgalardan ibarettir. Optik frekans bölgesi yaklaşık
olarak bir trilyon hertz ile üç bin trilyon hertz arasında yer alır. Bu bölge,
kırmızı ötesi ışınları, görülebilen ışınları ve elektromanyetik spektrumun
morötesi ışınlarını kapsar. Buna karşılık mikro dalga frekans bölgesi yaklaşık
olarak 300 milyon hertzden 300 milyar hertze kadar uzanır. Yani, laser çok
yüksek frekanslarda çalışır.
Laserin önemi
uygulamasının yaygın olmasında ve onun daha da genişlemesinin beklenmesinde
yatmaktadır. Özellikle uygulamanın genişliği, ışınların frekansların hassas bir
şekilde kontrolünden, yayılan ışının yayılma düzeninden veya ışınların
olağanüstü yoğunluğundan kaynaklanmaktadır. Laser dolayısıyla, holografide,
opektraskopide çok önemli gelişmeler ortaya çıkmıştır. Bunlar yoluyla laser
diğer bilimsel ve teknolojik alanlarda da etkisini göstermektedir.
Laserin çalışma
prensibi: Optik bakımdan saydam, bir ucunda tam sırlı ve yansıtıcı, diğer
ucunda yarı sırlı kısmen yansıtıcı iki ayna bulunan bir tüp alınır. Buna gaz,
sıvı ve katı bir madde doldurulur. Dışarıdan ışık verme, elektrik akımı geçirmek
suretiyle veya kimyasal bir yolla elde edilen enerji, ortamdaki atomlara
ulaşır. Bunların bazıları bu enerjiyi emerler. Fazla enerji, atomları kararsız
hale getirir. Kendisine bir foton çarpan, uyarılmış ve kararsız atom, fazla
enerjiyi foton neşrederek verir. Fotonlar, benzer şekilde diğer fotonların
neşrini sağlar. Uçlara ulaşan fotonlar, aynalardan yansıyarak geri dönerler ve
olay devam eder. Uyarma ve tahriklerde ortamdaki fotonlar artar. Atomların
hemen hemen hepsi, foton yaymaya başlayınca kuvvetlenen ışık, yarı sırlı uçtan
dışarı çıkar. Bu, laser ışınıdır. Laser dalgalarını, uygun adım giden aynı
üniforma ve şekle sahip askerlere, normal ışığı ise rasgele karakteri bozuk bir
orduya benzetmişlerdir. Normal ışıkta dalgalar, birbirini zayıflatıcı karakterde
olmasına rağmen, laserde birbirini
kuvvetlendirici olurlar. Laser ışınları yüksek frekanslı olduklarından güneş
ışını özelliklerine sahiptir. Ancak laser ışınları tek frekanslı olduğu için
kayıpları azdır. Ayrıca laser ışınları aynı fazda yapılan ışık dalgaları olduğu
için şiddeti büyük olur. Bu yüzden laser ışınlarının şiddeti güneş ışınlarının
şiddetinin bir milyon katıdır.
OSİLASYON
Yukarıda açıklanan
tersine çevrilmiş dağılım elde edildikten sonra, bu ortamdan geçen ışık
rezonans durumuna getirilir. Optik asilator olarak da isimlendirilebilecek bu
ortam yansıma, kırılma ve diğer kayıpları karşılayacak durumda olmalıdır. Bu
amaçla laser ortamı, uzunluğuna doğru bir parça şeklinde düzenlenir ve iki
ucuna çok kuvvetli yansıtıcılar konarak ışının bunlar arsında ileri-geri
yansıması sağlanır. Bu yansıtıcılardan biri bir ölçüde saydam yapılarak
rezonans frekansına ulaşan ışının laser ışını olarak ortamından dışarı
çıkmasını sağlar.
Q-Anahtarlaması
Çok kısa ve çok güçlü
çıkışlar q-anahtarlaması kullanılarak depo edilmiş laser ışınlarından elde
edilebilir. Bu tür teknikte yansıtıcılardan biri pompalama aralığının bir
kısmında yansıtmayacak şekilde düzenlenir. Daha sonra yansıtıcı hale getirilir.
Bu düzenleme sonucu pompalama devresinin bir kısmında depo edilen enerji diğer
kısmında büyük bir darbe olarak yayılır. Q-anahtarlamasının en kolay şekli bir
aynanın çok hızlı dönmesiyle gerçekleştirilebilir. Bu aynanın diğer ayna ile
aynı eksene geldiği zaman da laser yayılımı ortaya çıkar. Bu konuda
uygulanabilecek diğer teknik laser frekansına ışık absorbe eden seyreltilmiş
bir çözelti ortamı kullanmaktır. Bu şekildeki absorbsiyon enerjinin depo
edilmesini sağlar.
Mode
kilitlenmesi
Çözelti kullanılarak
ve anahtarlama ile elde edilen laser ışınının gücü mode kilitlenmesi ile daha
da arttırılabilir. Böyle bir durumda birbirine yakın ve aralarında belirli
bağıntının bulunduğu “kilitli” frekanslarda aynı zamanda titreşim meydana
gelir. Böylece çok daha kısa zamanda yüz trilyon watt’a yaklaşan bir güç elde
edilir ki, bu dünyadaki bütün elektrik santrallerinin toplam üretiminden daha
fazladır.
Laser
ışınının özellikleri:
En büyük özelliği
dağılmaz olması ve yön verilebilmesidir. Bu özelliğinden istifade ile mesafe
ölçme ve fiber optik teknolojisi geliştirilmiştir. Dalga boyunun küçük olması
dağılmayı da büyük ölçüde azaltır. Uyarılan atomlar her yön yerine belli
yönlerde hareket ederler. Bu laserin çok parlak olmasını doğurur.
Laser ışını, dalga
boyu tek olduğundan monokromatik özellik taşır. Frekans dağılım aralığı,
frekansının bir milyonda biri civarındadır. Bu sebepten istenilen frekansta çok
sayıda dalgalar laser dalgası üzerine bindirilmek suretiyle haberleşmede iyi
bir sinyal jeneratörü olarak iş görür. Aynı anda birçok bilgi bir yerden başka
yere gönderebilir.
Laser ışını dağılmaz olduğundan kısa darbeler
halinde yayınlanabilmesi mümkündür.
Kayıpsız yüksek enerji nakli yapılması bu özelliği ile sağlanabilir.
Laser kendisinde bulunan yüksek enerji sayesinde kesme, kaynak ve delme
endüstrisinde kullanılır. Ayrıca laser darbesinin çok kısa olmasından yüksek
hız fotoğrafçılığında faydalanılır. Yönlü bir hareket olmasından ise holografi
ve ölçüm biliminde yararlanılır. Bütün özellikleri ile uzak mesafe ölçümlerini
mümkün kılar.
Laser ışını tek dalga
boyuna sahip olduğu için laser cinsine göre çeşitli renkte ışınlar elde etmek
mümkündür.
LASER
TÜRLERİ
Katı
Laserler
İlk bulunan laser
yakut laseridir. Yakut, az miktarda krom ihtiva eden alüminyum oksit
kristalidir. Kırmızı laser ışınları yayan, bu kristal içindeki krom
atomlarıdır.
Krom atomları optik
olarak yeşil ve mor ışıkla uyarılır. Bu tür laser ile saniyenin milyarda biri
gibi kısa bir sürede birkaç milyon wattlık güç nakledilebilir. İlk yakut laser
sadece bir darbe ile çalıştırılırdı. Daha sonra bunun oda sıcaklığında ve
sürekli biçimde çalıştırılması mümkün olmuştur. Darbenin gücünün yükseltgendiği
ikincil laserlerle birlikte kullanılan q-anahtarlı laser moduyla saniyenin
birkaç milyarda biri kadar devem eden birkaç milyar wattlık güç üretilebilir.
Günümüzde kullanılan laser, sert şeffaf kristalden meydana gelir. Kristalde
küçük miktarda genellikle nadir toprak elementleri mevcuttur. Bu kristalin
işlem için oda sıcaklığının çok altına indirilmesi gerekir. Bu laserler optik
pompalama gerektirirler ve darbeli olarak çalışarak ısınmayı önlerler. Sıcaklık
ve manyetik alanda yapılacak değişiklikle çalışma frekansı ayarlanabilir.
Neodimium çeşitli
kristallerde kullanılan nadir toprak elementlerinden biridir. Enerji düzeyi
sebebiyle fazla optik pompalamaya ihtiyaç göstermez ve su sebepten dolayı
tercih edilir. Güneş ışığının kullanılması uzay uydusuna yerleştirilen
haberleşme sisteminde muhtemel laser kullanımını mümkün kılmaktadır.
Yarı İletken
Laserleri
Yarı iletken
malzemelerden elde edilen kristallerle de laser yapılmıştır. Galyum arsenik
kristali yarı iletken lasere örnektir. Yarı iletken diod gibi p-n malzemenin
birleşmesinden meydana gelmiş olup, p-n malzemenin birleştiği yüzey yakut
laserindeki aynalar görevini yapar. Birleşim yüzeyinde pozitif voltaj p
tarafına ve negatif voltaj n tarafına verildiği zaman elektronlar n
malzemesinden p malzemesine geçerken enerjilerini kaybeder ve foton yayarlar.
Bu fotonlar tekrar elektronlara çarparak bu elektronların daha çok foton
üretmesine sebep olurlar. Neticede yeterli seviyeye ulaşan foton neşri, laser
ışınını meydana getirmiş olur. Bu tür laserler verimli ışık kaynaklarıdır.
Genellikle boyları bir milimetreden büyük değildir. Ancak çok verimli çalışma
için ortam sıcaklığı oda sıcaklığının çok altına düşürülmelidir.
Gaz
Laserleri
İlk gaz laser helyum
ve neon karışımı şeklinde kullanılmıştır.bu karışım uzun bir tüpe ve iki
küresel ayna arasına yerleştirilmiştir.
Helyum ve neon gazı
ile çalışan laserde bu gazlar yüksek voltaj altında iyonize hale gelir. Helyum
atomları elektrik deşarjı esnasında elektronların çarpması ile ikazlanarak
yüksek enerji seviyelerine çıkar. Bunlar, kazandıkları enerjilerini neon
atomlarındaki eş enerji seviyelerine aktarırlar. Bu enerji aktarma işlemi
fotonun yayılmasına sebep olur. Aynalar vasıtasıyla yeterli seviyeye ulaştıktan
sonra laser ışını elde edilmiş olur. Bu tür laser ışınının dalga boyu 1,15
mikrondur.
Kimyasal
Laserler
Kimyasal laserlerde bir gaz meydana getirilir
ve kimyasal reaksiyon yoluyla pompalanır. Kimyasal pompalama bir eksotermik
kimya reaksiyonunda enerji açığa çıkmasıyla olur. Buna bir örnek hidrojen ve flüor
elementleri tersine çevrilmiş bir toplumda hidrojen flüorur meydana getirmek
üzere reaksiyona girdiklerinde laser etkisi ortaya çıkar.
Sıvı
Laserler
En çok kullanılan sıvı laser türü, organik bir
çözücü içindeki organik boyanın seyreltik bir çözeltisidir. Bunlara mor ötesine
yakın ve kızılötesine yakın arasında laser türleri elde edilebilir. Genellikle
pompalama optik olarak cereyan eder. Birkaç laser paralel olarak
çalıştırılabilir. Böylece saniyenin birkaç trilyonda biri devam eden laser
darbeleri elde edilebilir. Boya laserlerinin en önemli özelliği dalga boyunun
geniş bir alanda hassas bir şekilde ayarlanabilmesidir.
Laser
ışınının Kullanıldığı Yerler
Laser, haberleşmede
kullanılabilecek özelliklere sahiptir. Laser ışını da güneş ışını gibi
atmosferden etkilenir. Bu sebeple atmosfer, radyo yayınlarında olduğu gibi
laser yayını için uygun bir ortam değildir. Bu bakımdan laser ışınları, içi
ayna gibi olan lifler içinden gönderilirse, lifler ne kadar uzun, kıvrıntılı
olursa olsun kayıp olmadan bir yerden diğerine ulaşır. Bu liflerden istifade
edilerek milyonlarca değişik frekanstaki bilgi aynı anda taşınabilmektedir. Bu
maksatla foto diyot kullanılmakta ve elektrik enerjisi foto diyotta ışık
enerjisine çevrilmektedir. Dünyanın birçok telefon şirketleri bu tatbikata
geçmişlerdir.
Karbondioksit
laserleri metal, cam, plastik kaynak ve kesme işlerinde kullanılır.
Laser, uzayda mesafe
ölçmede kullanılır. Peykler arasındaki mesafeyi 25cm hata ile ölçebilmektedir.
Laserle ilk mesafe ölçümü, 1962 senesinde, Ay’a yerleştirilen argon-iyon laseri
ile yapıldı. Laser, inşaatlarda, boru ve tünel yapımında, yön ve doğrultu
tayininde ve tespitinde klasik teodolitlerden çok daha mükemmel ve
kullanışlıdır.
Laserin askeri
alandaki tatbikatları çoktur. Mesafe bulma ve yer tanıma maksadıyla
kullanıldığı bilinmektedir. Hedefe gönderilen güdümlü mermiler, hedef
yakalanınca laser ışını ile infilak ettirilmektedir. Gece karanlığında gece
görüş dürbünleri sayesinde gündüzmüş gibi operasyon yapılabilir. Çok başlıklı
füzelerin hafızalarına yerleştirilen hedef resmi, füze hedefe yaklaşınca laser
ışını ile tanınır. ABD’nin 1984 yılında geliştirdiği füze savunma sistemi,
düşman füzesini havada iken uzaydan gönderilen laser ışını ile tahrip
edebilmektedir.
Laserle
İlgili Beklenen Gelişmeler
Nükleer enerji
alanında laserin çeşitli gelişmelere yol açacağı umulmaktadır. En önemlisi
başlatılması zor olan termonükleer-füzyon olayının (hidrojen bombası ve güneşte her an meydana
gelen reaksiyon) laser ile tetiklenmesidir. Böylece dünya enerji problemi
ortadan kalkacaktır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder