Lazerler Hakkında Herşey

GİRİŞ
          Lazer, optik yükseltme işlemiyle ışık yayan bir ışık kaynağıdır. Lazer, "Uyarılmış Radyasyon Emisyonuyla Işık Yükseltmesi"nin kısaltmasıdır. Lazer, frekansları ve dalga boyları eşit olan ışık dalgaları yayar; bu özelliğe Koherans denir. Güneş ve diğer ışık kaynakları tarafından yayılan ışık tutarsızdır, oysa lazer tarafından yayılan ışık son derece Koherandır, bu da onları çok özel kılar. Lazerin Koheran yapısı, büyük mesafeler boyunca dar ışık demetleri yaymasına olanak tanır, herhangi bir tek renkte ışık yaymasına izin verir, bu da onları ölçüm cihazları ve lazer işaretleyiciler gibi işaretleyiciler için çok uygun hale getirir. Lazerlerin birçok uygulaması vardır; bunlardan bazıları lazer cerrahisi, cilt tedavileri, kanser tedavisi,  hologramlar , lazer yazıcılar, barkod okuyucular, DNA dizileyiciler, fiber optik ve optik iletişim, kesme ve kaynak malzemeleri, ölçüm cihazları ve ekran ışıklarıdır.

TARİHÇE
          Lazerin teorik kavramları ilk olarak 1917 yılında Albert Einstein tarafından ortaya konmuştur. Elektromanyetik radyasyonun soğurulması, kendiliğinden yayılması ve uyarılmış yayılması için Einstein katsayılarına dayanarak Max Planck'ın radyasyon yasasını türetmiştir. Daha sonra, 1957 yılında Charles Hard Townes ve Arthur Leonard Schawlow, kızılötesi lazer üzerine çalışmaya başlamış ve görünür ışığa dayalı fikirler geliştirmişlerdir. Ancak ilk lazer, 1960 yılında Hughes Araştırma Laboratuvarları'nda TH Maiman tarafından üretilmiştir. İlk çalışan lazer, 694 nanometre dalga boyunda kırmızı lazer ışığı üretmek için bir yakut kristali kullanılarak yapılmıştır. Cihaz yalnızca darbeli çalışma yapabiliyordu ve lazer flaşları üretiyordu. Bu lazerin dezavantajları yüksek maliyeti ve sürekli ışık yaymamasıydı. O yılın ilerleyen aylarında, Ali Javan ve William R. Bennett tarafından inşa edilen ilk gaz lazeri sürekli çalışabilir hale geldi ve 1993 yılında Albert Einstein Ödülü'ne layık görüldüler. Daha sonra deneyler yapıldı ve yarı iletkenler, sıvı azot vb. gibi birçok lazer kaynağı keşfedildi. Farklı dalga boylarında ve renklerde lazer ışınları da üretildi.

DÜNYANIN İLK ÇALIŞAN LAZERİ

TERMİNOLOJİ

• UYARILMIŞ EMİSYON

          Lazerler uyarılmış emisyon yoluyla yayıldığına göre, uyarılmış emisyonun ne olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Bildiğiniz gibi, bir atomdaki elektronlar enerji seviyelerini enerji yayarak veya emerek değiştirirler. Elektronlar enerji emdiklerinde daha yüksek seviyelere, enerji yaydıklarında ise daha düşük enerji seviyelerine geçerler. Bu emisyona kendiliğinden emisyon denir. Uyarılmış emisyon, elektronun dış fotonlar tarafından uyarıldığında daha düşük enerji seviyelerine hareket etmesi sürecidir. Daha yüksek enerji seviyesindeki elektronlar daha düşük enerji seviyelerine düşer ve enerji yayarlar. Elektronu uyaran foton ya onu yok eder ve emisyondan sonra yeni bir foton üretilir ya da foton enerjiyi emer ve kaynaktan ayrılır.

• NÜFUS TERS YÖNELİMİ

          Eğer daha yüksek enerji seviyelerindeki tüm elektronlar uyarılırsa ve hiç elektron kalmazsa, lazer çalışmayı durdurur. Bunu aşmak için Einstein, "Nüfus Tersine Dönmesi" adı verilen bir durum önerdi. Lazer kaynağından elektrik akımı geçirildiğinde, elektronlar enerjiyi emer, uyarılır ve daha yüksek enerji seviyelerine geçer. Bu, daha yüksek enerji seviyelerindeki elektronların daha düşük enerji seviyelerindeki elektronlardan daha fazla olduğu bir duruma ulaşılana kadar devam eder. Bu duruma Nüfus Tersine Dönmesi denir.

ÇALIŞMA PRENSİBİ
         Lazerin çalışma prensibi oldukça basittir. Lazerler, uyarılmış emisyon yoluyla ışığı yükseltebilen (gücünü artırabilen) kazanç ortamı olarak bilinen bir malzemeye ihtiyaç duyar. Kazanç ortamından geçen ışık yükseltilir. Kazanç ortamının ışığı yükseltebilmesi için, pompalama işlemiyle sağlanan enerjiye ihtiyacı vardır. Bu pompalama işlemi, elektrik akımı veya farklı dalga boyunda ışık verilerek yapılır. Pompalama işlemi için ışık kullanıldığında, bu işleme Optik Pompalama denir. Benzer şekilde, elektrik akımı kullanıldığında ise Elektrik Pompalama denir.

          Optik pompalama işleminde temel ışık kaynağı flaş lamba veya herhangi bir lazerdir. Optik pompalama işlemi gerekli fotonları sağlar ve elektronu enerji yaymaya teşvik eder; bu enerji daha sonra foton tarafından emilir ve lazer ışığı olarak adlandırılan yükseltilmiş ışık şeklinde dışarı yayılır. Kazanç ortamının sonunda, ışığın yalnızca tek yönde geçmesine izin veren kısmen saydam bir ayna kullanılır. Bu, ışığın tek bir noktada odaklanmasına ve ışığın yayılmamasına yardımcı olur.

          Elektriksel pompalama yönteminde, kazanç ortamına elektrik akımı sağlamak için elektronik bir osilatör kullanılır. Kazanç ortamına iki ayna bağlanır; biri ön ucuna kısmen yansıtıcı, diğeri ise diğer ucuna tamamen yansıtıcıdır. Elektrik akımı, ortamda popülasyon inversiyonu adı verilen bir durum oluşturmak ve pompalama için kullanılır. Yayılan ışık yükseltilir ve kısmen yansıtıcı aynaya düşer; bu da dik ışınların geçmesine izin verirken, eğik ışınlar diğer uçtan yansıyarak uyarıcı foton görevi görür.

          Farklı lazerler için farklı kazanç ortamları kullanılır. Bazı örnekler arasında yakut kristali, helyum-neon gazı, karbondioksit, hidrojen florür, silikon, galyum arsenit gibi yarı iletkenler bulunur. Bu kaynakların tümü tarafından yayılan lazer ışığı çok güçlüdür; öyle ki, az miktarda saf lazer bile yolundaki her şeyi yok edebilir. Bu nedenle lazerlerde kullanılan kaynaklar safsızlıklarla karıştırılır ve lazerin gücü, safsızlık miktarları ayarlanarak düzenlenebilir. Safsızlık içermeyen lazerler bile tehlikelidir. Doğrudan gözlere odaklandığında bir kişiyi kalıcı olarak kör edebilirler.

100 MW'lık bir lazer

KULLANIM ALANLARI
          Günümüz teknolojisinde lazerlerin tıp, askeriye, araştırma, iletişim, endüstri, ticari ürünler gibi birçok farklı alanda kullanım alanları bulunmaktadır.

• Lazerler tıp alanında çeşitli şekillerde kullanılmaktadır. Göz ameliyatlarında artık daha iyi tedavi ve daha iyi sonuçlar için lazerler gereklidir. Böbrek taşı tedavilerinde lazerleri içeren yeni yöntemler kullanılmaktadır. Ayrıca cilt tedavilerinde, oftalmoskopide, tümörleri ve kanser hücrelerini yok ederek kanser tedavisinde de kullanılırlar. Lazerler geleneksel cerrahi yöntemlere göre daha hassastır ve daha az hasara, ağrıya, kanamaya ve şişmeye neden olur. Yanlış kullanıldığında zararlı olabileceğinden, cerrahların özel eğitim almış olmaları gerekir. 

• Lazerler, doğrudan gözlere odaklandığında bir kişiyi kalıcı olarak kör etme özelliğine sahiptir. Bu da onları düşmanları etkisiz hale getirebilecek silahlar yapımında kullanışlı kılar. Güçleri watt'ın çok küçük bir bölümünü bile oluşturan lazerler, anında görme kaybına neden olarak ölümcül olmasa da etkisiz hale getirir. Araştırmacılar, lazerlerin yolundaki bir nesneyi yok etme kapasitelerini kontrol etmek için hala deneyler yapmaktadır. Düşmanları ve silahlarını yok etmek için silahlarda kullanılabilirler. 

• Lazerler, serbest uzay iletişimi için optik fiberlerde kullanılır ve uzayda da kullanılabilirler. İletişim yöntemlerini geliştirmişlerdir. Ayrıca modern iletişimde internet gibi hizmetlere olanak sağlarlar. 

• Lazerlerin günlük hayattaki ilk kullanımı süpermarketlerdeki barkod okuyucularıyla oldu. Daha sonra lazer yazıcılar ve tarayıcılar, lazer disk oynatıcılar, kesme ve kaynak için lazerler, hologramlar, elektronik devreler ve ölçüm cihazları gibi cihazlar geldi. Günümüzde lazerler modern teknolojinin önemli bir parçası haline geldi. Neredeyse her alanda geniş bir kullanım alanına sahipler ve önceki yöntemlere kıyasla çok daha verimliler.