Lazer Nedir?

[ozan]

Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Uyarılmış Işın Neşriyle Işık Kuvvetlendirilmesi)

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.

Laser icadından bu yana geçen sürede, birçok yeni bilimsel buluşu mümkün kıldığı gibi, günlük hayatımıza da girmiş ve bir çok endüstri kolunda yaygın bir şekilde kullanılmaya başlamıştır. Ancak bütün bunlar bile henüz bir başlangıçtır ve laserin yeni ve üstün tiplerinin geliştirilmesine devam edilirken, uygulama alanları da hızla genişlemektedir.

Laser aygıtı ışık üretir, yani elektrik enerjisini, insanlarca görünebilen frekanstaki elektromagnetik ışınım enerjisine dönüştürür. Bu işlemi yapan başka aygıtlarda olduğuna göre (örneğin elektrik lambası) laser ışığını üstün kılan özellikler nelerdir?

* Laser ışığı, çok az dağılan bir ışın halindedir. 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 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 ışığı, hemen hemen tek frekanstadır. 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 ışığı, olağanüstü güçlüdür.

* Laser ışığını oluşturan elektromagnetik dalgalar birbirleri ile uyum içinde ilerler. Laser ışını tek dalga boyuna sahip olduğu için laser cinsine göre çeşitli renkte ışınlar elde etmek mümkündür.



Şimdi bu özellikleri, alışılmış ışık kaynakları ile kıyaslayarak izah edelim. Normal ışığın dağılma açısı çok büyüktür. Örneğin, en yönlendirilmiş el feneri ışığının çapı bile çok kısa bir mesafe içinde birkaç metreyi aşar. Halbuki laser ışığının dağılması ve yayılması hemen hemen yok gibidir ; örneğin, laser çıkışında çapı 5 mm. olan bir laser ışınının çapı 100 m. sonra 7 mm. ye bile ulaşamaz. Bunu sağlamak için yönlendirici bir merceğin kullanılması da gerekmez.

Laser ışığının kapladığı frekans bandı merkez frekansına oranla çok dardır. Bu nedenle, laser ışığı tek renktedir (yeşil veya kırmızı gibi). Halbuki normal ışık kaynakları görülebilen her frekansda ışık yayarlar ve buna beyaz ışık denir.

Laser ışığının en önemli özelliklerinden biri de çok güçlü olmasıdır. Q-anahtarlaması diye bilinen bir teknikle, laserin ışık üretmesi bir süre engellenir ; bu da laser içinde güç bir birikimine yol açar. Işık üretimini engelleyen faktörün ortadan kaldırılmasıyla, biriken güç aniden ve çok kısa bir süre içinde dışarıya salınır (bir barajın yıkılmasıyla içindeki suyun aniden boşalması gibi). Bu şekilde elde edilen ışık gücünün tepe değeri 1 milyar Watt’ı aşabilir. Bu değeri sadece 100 Watt’lık bir elektrik ampulünün verdiği ışıkla kıyaslarsak ne kadar olağanüstü olduğu anlaşılır. Daha çarpıcı bir örnek ise, güneş ışığının dünya yüzeyindeki şiddeti ile laser ışığının şiddetini karşılaştırmaktır. Lser ışığının kapladığı alan 10 cm. civarındadır. Dolayısıyla Q-anahtarlanmış bir laserin ışık şiddeti yaklaşık 10 W/cm. dir. Güneş ışığının dünya yüzeyindeki şiddeti ise, sadece 0.1 W/cm dir. Buna rağmen bulutsuz bir havada güneşe çıplak gözle bakmak olanaksızdır. Sürekli şekilde çalışan (yani Q-anahtarlanmamış) laserin ışık şiddetinin çok daha düşük
(10-10 W/cm. arasında) olacağını belirtelim. Fakat bu nispeten küçük mertebedeki sürekli laser ışığının bile doğrudan göze girmesi halinde insanı kör edeceği kesindir.


Diğer ışıklarda bulunmayan bir başka özellik de, “bağdaşıklıkdır”, yani laserin ürettiği elektromagnetik dalgalar birbirleri ile uyum içinde ilerler. Kabaca bunu uygun adım ilerleyen bir askeri birliğin hareketine benzetebiliriz. Daha bilimsel bir tarifle ise, laserin meydana getirdiği elektromagnetik dalganın iki noktası sırasında faz farkının hem zamana göre, hem de mesafeye göre sabit kaldığını söyleyebiliriz. Mesafe bağdaşıklığına bir örnek olarak, normal ışık kaynaklarında bunun milimetreye bile zor ulaştığını, laserler de ise kilometreyi aşan bağdaşıklık mesafelerinin normal olduğunu belirtelim.

Laserlerin çeşitli tipleri vardır:

1. Katı hal laserleri,
2. Gaz laserleri,
3. Sıvı laserler,
4. Yarı iletken laserler.

(Laserlerin çeşitli tipleri hakkındaki bilgiyi sayfa sonundaki Dip Notlar bölümünde bulabilirsiniz.)

Bu tiplerin kendilerine has özellikleri vardır. Bu özelliklerin en belirgin olanlarından söz edersek : katı hal laserleri en güçlü olanlarıdır. Gaz laserlerin frekans tayfı en dardır. Sıvı laserlerin ürettiği ışığın frekansı kolayca değiştirilebilir(ayarlanır). Yarı iletken laserler ise, en verimli çalışan, en ucuz ve en küçük laserlerdir. Katı hal laserlerinin en bilinen türleri yakut ve neodimum, gaz laserlerinin helyum-neon ve karbondioksit, yarı iletken laserlerin ise, galyum arseniddir.

Laserlerin çalışma prensibini en basit bir şekilde açıklamak için bile “kuantum elektronik” olarak bilinen bilim dalının içerdiği bazı bilgilerden söz etmek gerekecektir. Bu ise, bu makalenin kapsamı dışına taşmaktadır. Ayrıntıya girmeden sadece birkaç önemli hususu belirtelim.



Pompalama ışığı, hergün kullanılan ve görünebilir her frekansı içeren normal bir ışık kaynağından elde edilen ve tek özellik olarak yüksek güce sahip olan bir ışıktır (örneğin, film çekimi esnasında aydınlatma amacıyla kullanılan 1. 000 Watt’lık bir ampulün verdiği ışık). Bu pompalama ışığı sayesinde, laser aktif maddesi sadece tek frekansta olan “özel” bir ışık üretmeye başlar. Bu ışık her yönde dağılabilir, fakat sadece aynalardan birine dik olarak gelen ışık gerisin geriye yansıtılır ve laser aktif maddesi içinden tekrar geçmesi sağlanır. Birbirlerine tam paralel olarak yerleştirilen aynalardan biri üzerine düşen ışığı % 100 olarak yansıtırken diğerinin yansıtma oranı daha düşük olur, yani bu ayna üzerine düşen ışığın bir kısmını diğer tarafa geçirir ; bu da laserin çıktısı olur. (Eğer her iki ayna da % 100 yansıtıcı olsa, laserin ürettiği ışığın bir kısmını dışarı alıp yararlanmak mümkün olmaz). Yine pompalama ışığı sayesinde, laser aktif maddesi güçlendirici bir konuma gelmiştir ; yani aynadan geri yansıyan ve aktif madde içinden tekrar geçen ışık, laser maddesinin içinden güçlenmiş olarak çıkar ve diğer aynaya gider, bu aynadan da tam veya kısmen yansıyarak geldiği yoldan geri döner ve aktif maddenin içinden tekrar daha da güçlenir. Böylece bu ışık laserin aktif maddesi içinden birçok kere geçerek çok yüksek bir güce ulaşır. Böylece, bu iki ayna, laser ışığının salınım yapabileceği optik bir “rezonatör” oluşturur. Aynaya dik gelmeyen ışık birkaç geçişten sonra fazla güçlenemeden yan taraftan çıkış yapar ve kaybolur

Sadece aynalara dik gelen ışık sürekli olarak güçlendirilir ; laser ışığının tek yönde ilerlemesi ve son derece az yayılması bu nedenledir.



Sadece bazı maddelerin (örneğin bir kristal içine yerleştirilmiş neodimium atomları, yakut kristali, helyum-neon veya karbondioksit gazı, galyum arsenid yarı iletkeni, vs) laser aktif maddesi olarak kullanılmaya elverişli olduklarını bilhassa vurgulayalım. Bu maddelerin atomik yapıları, pompalama ışığını soğurarak tek frekansta ışık üretmeye ve bu ışığı güçlendirmeye elverişlidir.

Özetle, laser cihazı, normal ışığı daha evvelce sayılan özelliklere sahip ışığa dönüştüren bir osilatör veya bir anlamda, bir ampliflikatördir. Ancak, bu dönüşümün verimliliğinin son derece düşük olduğu vurgulamak gerekir. Laserin çıktı enerjisinin girdi enerjisine oranı normal olarak % 1 mertebesindedir. En yüksek verimliliğe sahip olan karbondioksit ve galyum arsenid laserlerinde bu oran, sırasıyla % 20 ve % 50’ye kadar çıkabilir.

Laserin çalışma prensibinin özünü izah ettikten sonra, biraz da uygulama alanlarına değinelim. Laser endüstride en yaygın olarak ısısından istifade edildiği alanlarda kullanılır. Laser ışığının çok güçlü ve küçük bir alanda yoğunlaşmış olması, hemen hemen her maddeyi kısa sürede eriterek kesebilmesine olanak sağlar. Örneğin, normal güçte (1 MW/cm. ) sürekli çalışan bir CO lasei 3 mm. kalınlığında çeliği saniyede 2 cm’lik bir hızla, 5 cm. kalınlığındaki çam kerestesini ise, saniyede 4 cm. ’lik bir hızla kesebilir. Üstelik bu kesme işlemi, diğer yöntemlerle gerçekleştirilenlere oranla çok daha düzgün olur. Laser kullanarak iki metali hızlı ve çok sağlam bir şekilde kaynak yapmak da yaygın bir uygulamadır. Laserin kesme kabiliyeti ameliyatlarda da kullanılmaktadır. Laser en keskin bir neşterden bile daha ince ve parçalamadan kesebildiği gibi bilhassa incelik isteyen göz ameliyatlarında kullanılmaktadır. Keserken kanın pıhtılaşmasını da sağladığı için, laserle yapılan ameliyatlar kansız olmaktadır.



Mid-kilitleme (Mode Kilitleme) adı verilen bir yöntemle, laserden 1 pikosaniye 10 süreli ve 10 W/cm. şiddetinde ışık darbeleri elde etmek mümkündür. Bu laser darbelerinin hidrojen ile etkileşmeleri sonucu çok ani olarak büyük bir sıcaklık ve basınç artışı sağlanır, bu da hidrojen atomlarının elektronlarından arınarak çekirdeklerinin birbirlerine yaklaşmalarını sağlar. Sıcaklık ve basınç yeterince arttırılabilirse iki hidrojen çekirdeği birbirine kaynayarak bir helyum çekirdeği oluşturur ve bu olaya füzyon denir. Helyum çekirdeğinin ağırlığı birleşmeden evvelki hidrojen çekirdeklerinin toplam ağırlıklarından daha azdır, yani füzyon esnasında kütle kaybı olur ve bu da enerji oluşturur (kütle-enerji eşdeğerliği:E=mc. ; burada m yitirilen kütle, E bu nedenle kazanılan enerji, c ise ışık hızıdır). Ancak, laser vasıtasıyla elde edilen füzyon enerjisi henüz pratikte kullanılmaya elverişli değildir ; çünkü bu şekilde çalışan bir nükleer santral yapmak için yeterli güçte bir laserin geliştirilmesi çalışmaları hala sürmektedir.

Mod-kilitlenmiş bir laserden elde edilen çok kısa süreli ve şiddetli ışık darbeleri başka bir alanda daha kullanılmaya elverişlidir. Telekomünikasyon alanında laserin kullanılması iletilen bilgi kapasitesini olağanüstü bir şekilde artıracaktır. Sadece bir laser ışını ile 100 milyon telefon konuşmasını veya 100 bin televizyon kanalını iletmek mümkündür. Ancak burada bir sorun ortaya çıkıyor : laser ışığı bulut veya sis içinden kayıda uğramadan geçememektedir. Bu husus da, laserin şimdilik dünya üzerinde telekomünikasyon amaçlı kullanımını engellemektedir. Buna karşılık, uzayda böyle bir sorun mevcut değildir ve laserin, diğer haberleşme cihazlarına oranla çok daha hafif olması nedeniyle de uzay haberleşmesinde (örneğin uydudan uyduya) kullanılmasına başlanmıştır.

Laser ışığının bağdaşıklık özelliğinden holografide de yararlanılır. Holografi, cisimlerin üç boyutlu olarak gerçeğe çok yakın görüntülerini yaratma tekniğidir. Laser ışını kullanan üç boyutlu televizyon cihazının önümüzdeki yıllarda gerçekleştirilmesi beklenmektedir.

Laser ile çok hassas olarak mesafe ve hız ölçmek de yaygın olarak kullanılan yöntemlerdir. Örneğin, laser kullanarak ay ile dünya arasındaki mesafe en fazla 15 cm. yayılmayla ölçülebilmiştir. Başka yöntemlerle, aynı ölçümdeki hata payı , 1 km. ’yi aşmaktadır. Laser ışığının düz bir çizgi halinde ilerlemesi, hizalama amacıyla da kullanılmasında olanak sağlamaktadır. Bu şekilde tünel inşaatlarında ve köprü yapımlarında kullanılmakta, ve hizalamadaki 1 mikrondan (metrenin milyonda biri) az kaymaları bile saptayabilmektedir. Aynı yöntemle, örneğin bir barajın gövdesindeki deformasyonu ölçmek de mümkündür.

Bilgisayarlarda da, laserin bilgi depolama işlemlerinde kullanılması yaygınlaşmaktadır. Laser ışınının kapladığı alan çok küçük olduğu için büyük miktarda bilgi, küçük alanlara sığdırılabilmektedir.




Laserin askeri amaçla kullanımı için de, yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Uçaklarda bulunan laser cihazları ile uçağın yerden veya hedeften uzaklığı hassas bir biçimde saptanmaktadır. Başka bir uygulamada ise, hedef yerden bir laser ışığı ile işaretlenmekte, uçağın bu işarete göre hedefi tahrip etmesi kesinlik kazanmaktadır. Laserin kendisinin bir tahrip aracı olarak kullanılmasına ilişkin çalışmalarda da başarıya ulaşılmaktadır. Ancak yine atmosaferin etkisi ile laserin tesir gücü yok olmakta, bu nedenle laserin dünya üzerinde uzun mesafe silahı olarak kullanılması olanaksızlaşmaktadır. Ancak, uzayda bir sorun yoktur. Laser ışığının herhangi bir füzeden çok daha hızlı yol alması, ve hemen hemen her maddeyi eritip delecek güçlere sahip olabilmesi, laseri geleceğin uzay silahı olmaya en kuvvetli aday yapmaktadır.


Laserin temeli atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişlerine dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E2 ve E3 olsun ve E3 > E2 farzedelim. Minimum enerji ilkesine göre atom veya moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E3 seviyesindeki atom kendiliğinden E2 seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E3 - E2 = h? olan bir foton salar. Burada ? fotonun frekansıdır. Eğer atom bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir. Ancak eğer E3 düzeyinde ki atom E3 - E2 enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E2 düzeyine inerse bu şekilde salınan atomun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve laserin çalışmasının ana ilkesidir. 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 laser 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..

Çesitli laser tiplerinin tayfları.
Renk Dalgaboyu aralığı Frekans aralığı
Kırmızı ~ 625 to 740 nm ~ 480 to 405 THz
Turuncu ~ 590 to 625 nm ~ 510 to 480 THz
Sarı ~ 565 to 590 nm ~ 530 to 510 THz
Yeşil ~ 520 to 565 nm ~ 580 to 530 THz
Turkuaz ~ 500 to 520 nm ~ 600 to 580 THz
Mavi ~ 430 to 500 nm ~ 700 to 600 THz
Mor ~ 380 to 430 nm ~ 790 to 700 THz

Yaşamımızda çoktan önemli bir yere sahip oldu bile. Hassas ışınlar, süper marketlerde ürün fiyatlarını, CD'lerden müziği, DVD'lerden de filmleri okuyor. Araştırmacılar, bugüne kadar ulaşılamayan hassaslık, hız ve güçte yeni laser türleri geliştiriyorlar. Onun sayesinde maddenin en küçük parçası görülür hale gelecek ve sonsuza kadar yetecek miktarda ucuz enerji üretilebilecek.


Dip Notlar:

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.



Elektromanyetik dalga paketçiği de denen foton, güneş ışığı füzyon reaksiyonuyla meydana gelip, bu şekilde yayılan foton enerjisidir. Laser ışında foton yayılmasından ibarettir. Laserde foton üretimini anlayabilmek için atomların değişik seviyelerinde ne gibi hadiseler olduğunu bilmek gerekir. Bir atomun uyarılmış durumda bulunduğu kısa zaman aralığında üzerine belli bir dalga boyunda foton düşürülürse, atom aynı fazda foton yayar. Bu işlem peş peşe tekrarlanırsa, tamamen aynı fazda bir ışın demeti elde edilir. En düşük enerji seviyesinde bulunan bir atoma dışarıdan bir foton verilirse, atom enerjisi kazanarak E1 enerji seviyesinden E2 enerji seviyesine uyarılmış olur. Bu atom kendi halinde bırakılırsa, uyarılmış bulunduğu E2 enerjisinden bir foton vererek tekrar E1 enerji seviyesine döner. Uyarılarak enerji seviyesi E1’den E2’ye yükseltilen atom enerjisini geriye foton olarak yaymaya başlarken bir foton daha çarptırılırsa atomu birbiri ile aynı özellikte iki foton terk eder. Bu şekilde atom kat kat enerji seviyelerine çıkarılırsa bu seviyelerden düşerken de katlar halinde foton ürer. Bu işlem iki paralel ayna arasında aynı fazda olan fotonların toplanması şeklinde devam eder. Laser ışını dalgasının dalga boyu aynalar arasındaki mesafe ile uyumludur. Aynı frekansta yani, aynı dalga boyunda yapılan foton üretimine uyarılmış yayılma işlemi denir. Milyonlarca atom için bu işlem yapılırsa aynı yöne doğru milyonlarca foton paralel ışınlar halinde bir noktadan yayılır. Bu ışınlar aynı fazda, aynı frekansta, aynı yönde olduklarından adeta birbirine yan yana yapışıktır.

Paralel aynalar arasında şiddeti bu şekilde çığ gibi artan ışınlar, ışık frekansına eş bir frekansta, darbeler halinde oldukça parlak ışık huzmesi olarak yayılır. Laser ışınındaki enerjisinin büyümesinin esası işte bu milyonlarca küçük enerji kaynaklarının çok dar bir hüzme halinde aynı yönde ham yanyana hem de ard arda birleşmesi neticesidir. Laserin çalışması için enerji seviyesi düşen atomlarda daha fazla sayıdaki atomların uyarılacak enerji seviyelerine yükseltilmesi gerekir. Bu durum ise normal olarak atomların enerji seviyesi dağılımının tersidir. Bu sebepten laserin çalışması için gerekli durum tersine çevrilmiş dağılım olarak isimlendirilir. Tersine çevrilmiş dağılımı ortaya çıkarmak için pompalama işlemi kullanılır. Optik pompalama ise, yüksek frekanslı yoğun ışınların neşriyle yapılabilir. Yarı iletkenli laserlerde pompalama elektrik akımı yardımı ile gerçekleştirilir ve işlem elektriksel pompalama olarak isimlendirilir. Gaz laserlerinde ise pompalama işlemi elektron-atom veya atom-atom çarpıştırılmasıyla ortaya çıkarılır ve çarpışma pompalaması olarak bilinir. Kimyasal pompalama işleminde ise kimyasal laserlerde kimyasal reaksiyonlarla atom ve moleküller uyarılır. Gaz-dinamik laserlerde de pompalama ses hızı üstü gaz genişlemesi yoluyla gerçekleştirilir ve gaz genişleme pompalaması olarak isimlendirilir.

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 (Mid-kilitleme)
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 ÇEŞİTLERİ

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.

Örn:

TRUMPF 8 kilowatt'tan yüksek lazer gücüne ve 2 mm•mrad'a eşit ve daha yüksek ışın kalitesine sahip olan dünya çapındaki en güçlü CW katı hal lazerlerini üretmektedir.
Lamba pompalı CW katı hal lazerleri kaynak ve kesim işlemlerinde sürekli yaygınlaşan lazerlerdir. TRUMPF Laser GmbH ürün programı malzeme üzerinde 4400 Watt'a kadar ulaşan lazer gücüne sahip üreteçler içermektedir.
Diyod pompalı CW katı hal lazerleri yüksek bir etki derecesine sahiptir. Malzeme üzerinde 8000 Watt'a kadar ulaşan lazer gücü ile kaynak ve kesim uygulamalarına uygundur.
CW yüksek performans sınıfına giren ilk disk lazeri TRUMPF Laser GmbH üretmiş ve piyasaya sunmuştur. Disk lazerin en önemli özelliklerinden biri çok iyi ışın kalitesine sahip olmasıdır. Disk lazer ile büyük çalışma mesafeleri ve dar odaklama optikli uygulamalar gerçekleştirilebilir.
TRUMPF Laser GmbH'nın üretimi olan tüm CW katı hal lazerleri fiber optik lazer ışın kablosu ile donatılmıştır. Bu kablolar esnek bir şekilde imalat hatlarına entegre edilebilir ve endüstriyel robot uygulamalarına iyi bir şekilde kombine edilebilirler.


Yarı İletken Laserler
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.

Elit Bilgi:
Dar ve geniş GaAs kuantum-kuyu (KK) yarı-iletken lazerlerin çizgi genişleme faktörleri (ÇGF) farklı bir metotla
ve tek bir modelde birleştirilerek, modal tepe kazancı ve akım yoğunluğuna bağlı olarak verilmiştir. Yapay sinir
ağları (YSA) modelleme yaklaşımına bağlı olarak, farklı öğrenme algoritmaları kullanılıp eğitilmiş ve test
edilmiştir. Analizde kullanılan algoritmalardan en iyi sonuçlar yakınsama hızı ikinci dereceden olan Levenberg–
Marquardt (LM) algoritması ile elde edilmiştir. Eğitim ve test sonuçları literatürde verilen deneysel sonuçlarla
çok iyi derecede uyumludur.



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.



kaynak: çeşitli websitelerinden derlenmiştir.

[Murat]

Şahane kaynak olmuş.

[okaratas]

tek kelime ile harika bir kaynak..