Tek renkli, oldukça düz, yogun ve ayni fazli paralel dalgalar halinde genligi yüksek güçlü bir isik demeti üreten alet.Laser Ingilizce; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (uyarilmis isin nesriyle isik kuvvetlendirilmesi) cümlesindeki kelimelerin bas harflerinin alinmasindan türetilmis bir kelimedir. 1960 senesinde ABD’de Theodore H. Maiman tarafindan kesfedilmistir.

Normal isik, dalga boylari muhtelif, rengarenk, yani farkli faz ve frekansa sahip dalgalardan meydana gelir. Laser isigi ise yüksek genlikli, ayni fazda, birbirine paralel, tek renkli, hemen hemen ayni frekansli dalgalardan ibarettir. Optik frekans bölgesi yaklasik olarak bir trilyon hertz ile üç bin trilyon hertz arasinda yer alir. Bu bölge, kirmizi ötesi isinlari, görülebilen isinlari ve elektromanyetik spektrumun morötesi isinlarini kapsar. Buna karsilik mikro dalga frekans bölgesi yaklasik olarak 300 milyon hertzden 300 milyar hertze kadar uzanir. Yani, laser çok yüksek frekanslarda çalisir.

Laserin önemi uygulamasinin yaygin olmasinda ve onun daha da genislemesinin beklenmesinde yatmaktadir. Özellikle uygulamanin genisligi, isinlarin frekanslarin hassas bir sekilde kontrolünden, yayilan isinin yayilma düzeninden veya isinlarin olaganüstü yogunlugundan kaynaklanmaktadir. Laser dolayisiyla, holografide, opektraskopide çok önemli gelismeler ortaya çikmistir. Bunlar yoluyla laser diger bilimsel ve teknolojik alanlarda da etkisini göstermektedir.

Laserin çalisma prensibi: Optik bakimdan saydam, bir ucunda tam sirli ve yansitici, diger ucunda yari sirli kismen yansitici iki ayna bulunan bir tüp alinir. Buna gaz, sivi ve kati bir madde doldurulur.

Disaridan isik verme, elektrik akimi geçirmek suretiyle veya kimyasal bir yolla elde edilen enerji, ortamdaki atomlara ulasir. Bunlarin bazilari bu enerjiyi emerler. Fazla enerji, atomlari kararsiz hale getirir. Kendisine bir foton çarpan, uyarilmis ve kararsiz atom, fazla enerjiyi foton nesrederek verir. Fotonlar, benzer sekilde diger fotonlarin nesrini saglar. Uçlara ulasan fotonlar, aynalardan yansiyarak geri dönerler ve olay devam eder. Uyarma ve tahriklerde ortamdaki fotonlar artar.

Atomlarin hemen hemen hepsi, foton yaymaya baslayinca kuvvetlenen isik, yari sirli uçtan disari çikar. Bu, laser isinidir. Laser dalgalarini, uygun adim giden ayni üniforma ve sekle sahip askerlere, normal isigi ise rasgele karakteri bozuk bir orduya benzetmislerdir. Normal isikta dalgalar, birbirini zayiflatici karakterde olmasina ragmen, laserde birbirini kuvvetlendirici olurlar. Laser isinlari yüksek frekansli olduklarindan günes isini özelliklerine sahiptir. Ancak laser isinlari tek frekansli oldugu için kayiplari azdir. Ayrica laser isinlari ayni fazda yapilan isik dalgalari oldugu için siddeti büyük olur. Bu yüzden laser isinlarinin siddeti günes isinlarinin siddetinin bir milyon katidir.

Elektromanyetik dalga paketçigi de denen foton, günes isigi füzyon reaksiyonuyla meydana gelip, bu sekilde yayilan foton enerjisidir. Laser isinda foton yayilmasindan ibarettir. Laserde foton üretimini anlayabilmek için atomlarin degisik seviyelerinde ne gibi hadiseler oldugunu bilmek gerekir. Bir atomun uyarilmis durumda bulundugu kisa zaman araliginda üzerine belli bir dalga boyunda foton düsürülürse, atom ayni fazda foton yayar. Bu islem pes pese tekrarlanirsa, tamamen ayni fazda bir isin demeti elde edilir. En düsük enerji seviyesinde bulunan bir atoma disaridan bir foton verilirse, atom enerjisi kazanarak E1 enerji seviyesinden E2 enerji seviyesine uyarilmis olur. Bu atom kendi halinde birakilirsa, uyarilmis bulundugu E2 enerjisinden bir foton vererek tekrar E1 enerji seviyesine döner. Uyarilarak enerji seviyesi E1’den E2’ye yükseltilen atom enerjisini geriye foton olarak yaymaya baslarken bir foton daha çarptirilirsa atomu birbiri ile ayni özellikte iki foton terk eder. Bu sekilde atom kat kat enerji seviyelerine çikarilirsa bu seviyelerden düserken de katlar halinde foton ürer. Bu islem iki paralel ayna arasinda ayni fazda olan fotonlarin toplanmasi seklinde devam eder. Laser isini dalgasinin dalga boyu aynalar arasindaki mesafe ile uyumludur. Ayni frekansta yani, ayni dalga boyunda yapilan foton üretimine uyarilmis yayilma islemi denir. Milyonlarca atom için bu islem yapilirsa ayni yöne dogru milyonlarca foton paralel isinlar halinde bir noktadan yayilir. Bu isinlar ayni fazda, ayni frekansta, ayni yönde olduklarindan adeta birbirine yan yana yapisiktir. Paralel aynalar arasinda siddeti bu sekilde çig gibi artan isinlar, isik frekansina es bir frekansta, darbeler halinde oldukça parlak isik huzmesi olarak yayilir. Laser isinindaki enerjisinin büyümesinin esasi iste bu milyonlarca küçük enerji kaynaklarinin çok dar bir hüzme halinde ayni yönde ham yanyana hem de ard arda birlesmesi neticesidir. Laserin çalismasi için enerji seviyesi düsen atomlarda daha fazla sayidaki atomlarin uyarilacak enerji seviyelerine yükseltilmesi gerekir. Bu durum ise normal olarak atomlarin enerji seviyesi dagiliminin tersidir. Bu sebepten laserin çalismasi için gerekli durum tersine çevrilmis dagilim olarak isimlendirilir. Tersine çevrilmis dagilimi ortaya çikarmak için pompalama islemi kullanilir. Optik pompalama ise, yüksek frekansli yogun isinlarin nesriyle yapilabilir. Yari iletkenli laserlerde pompalama elektrik akimi yardimi ile gerçeklestirilir ve islem elektriksel pompalama olarak isimlendirilir. Gaz laserlerinde ise pompalama islemi elektron-atom veya atom-atom çarpistirilmasiyla ortaya çikarilir ve çarpisma pompalamasi olarak bilinir. Kimyasal pompalama isleminde ise kimyasal laserlerde kimyasal reaksiyonlarla atom ve moleküller uyarilir. Gaz-dinamik laserlerde de pompalama ses hizi üstü gaz genislemesi yoluyla gerçeklestirilir ve gaz genisleme pompalamasi olarak isimlendirilir.

OSILASYON

Yukarida açiklanan tersine çevrilmis dagilim elde edildikten sonra, bu ortamdan geçen isik rezonans durumuna getirilir. Optik asilator olarak da isimlendirilebilecek bu ortam yansima, kirilma ve diger kayiplari karsilayacak durumda olmalidir. Bu amaçla laser ortami, uzunluguna dogru bir parça seklinde düzenlenir ve iki ucuna çok kuvvetli yansiticilar konarak isinin bunlar arsinda ileri-geri yansimasi saglanir. Bu yansiticilardan biri bir ölçüde saydam yapilarak rezonans frekansina ulasan isinin laser isini olarak ortamindan disari çikmasini saglar.

Q-Anahtarlamasi

Çok kisa ve çok güçlü çikislar q-anahtarlamasi kullanilarak depo edilmis laser isinlarindan elde edilebilir. Bu tür teknikte yansiticilardan biri pompalama araliginin bir kisminda yansitmayacak sekilde düzenlenir. Daha sonra yansitici hale getirilir. Bu düzenleme sonucu pompalama devresinin bir kisminda depo edilen enerji diger kisminda büyük bir darbe olarak yayilir. Q-anahtarlamasinin en kolay sekli bir aynanin çok hizli dönmesiyle gerçeklestirilebilir. Bu aynanin diger ayna ile ayni eksene geldigi zaman da laser yayilimi ortaya çikar. Bu konuda uygulanabilecek diger teknik laser frekansina isik absorbe eden seyreltilmis bir çözelti ortami kullanmaktir. Bu sekildeki absorbsiyon enerjinin depo edilmesini saglar.

Mode kilitlenmesi

Çözelti kullanilarak ve anahtarlama ile elde edilen laser isininin gücü mode kilitlenmesi ile daha da arttirilabilir. Böyle bir durumda birbirine yakin ve aralarinda belirli bagintinin bulundugu “kilitli” frekanslarda ayni zamanda titresim meydana gelir. Böylece çok daha kisa zamanda yüz trilyon watt’a yaklasan bir güç elde edilir ki, bu dünyadaki bütün elektrik santrallerinin toplam üretiminden daha fazladir.

Laser isininin özellikleri:

1.En büyük özelligi dagilmaz olmasi ve yön verilebilmesidir. Bu özelliginden istifade ile mesafe ölçme ve fiber optik teknolojisi gelistirilmistir. Dalga boyunun küçük olmasi dagilmayi da büyük ölçüde azaltir. Uyarilan atomlar her yön yerine belli yönlerde hareket ederler. Bu laserin çok parlak olmasini dogurur.
2.Laser isini, dalga boyu tek oldugundan monokromatik özellik tasir. Frekans dagilim araligi, frekansinin bir milyonda biri civarindadir. Bu sebepten istenilen frekansta çok sayida dalgalar laser dalgasi üzerine bindirilmek suretiyle haberlesmede iyi bir sinyal jeneratörü olarak is görür. Ayni anda birçok bilgi bir yerden baska yere gönderebilir.
3.Laser isini dagilmaz oldugundan kisa darbeler halinde yayinlanabilmesi mümkündür. Kayipsiz yüksek enerji nakli yapilmasi bu özelligi ile saglanabilir. Laser kendisinde bulunan yüksek enerji sayesinde kesme, kaynak ve delme endüstrisinde kullanilir. Ayrica laser darbesinin çok kisa olmasindan yüksek hiz fotografçiliginda faydalanilir. Yönlü bir hareket olmasindan ise holografi ve ölçüm biliminde yararlanilir. Bütün özellikleri ile uzak mesafe ölçümlerini mümkün kilar.
4.    Laser isini tek dalga boyuna sahip oldugu için laser cinsine göre çesitli renkte isinlar elde etmek mümkündür.

LASER TÜRLERI

Kati Laserler

Ilk bulunan laser yakut laseridir. Yakut, az miktarda krom ihtiva eden alüminyum oksit kristalidir. Kirmizi laser isinlari yayan, bu kristal içindeki krom atomlaridir. Krom atomlari optik olarak yesil ve mor isikla uyarilir. Bu tür laser ile saniyenin milyarda biri gibi kisa bir sürede birkaç milyon wattlik güç nakledilebilir. Ilk yakut laser sadece bir darbe ile çalistirilirdi. Daha sonra bunun oda sicakliginda ve sürekli biçimde çalistirilmasi mümkün olmustur. Darbenin gücünün yükseltgendigi ikincil laserlerle birlikte kullanilan q-anahtarli laser moduyla saniyenin birkaç milyarda biri kadar devem eden birkaç milyar wattlik güç üretilebilir. Günümüzde kullanilan laser, sert seffaf kristalden meydana gelir. Kristalde küçük miktarda genellikle nadir toprak elementleri mevcuttur. Bu kristalin islem için oda sicakliginin çok altina indirilmesi gerekir. Bu laserler optik pompalama gerektirirler ve darbeli olarak çalisarak isinmayi önlerler. Sicaklik ve manyetik alanda yapilacak degisiklikle çalisma frekansi ayarlanabilir.
Neodimium çesitli kristallerde kullanilan nadir toprak elementlerinden biridir. Enerji düzeyi sebebiyle fazla optik pompalamaya ihtiyaç göstermez ve su sebepten dolayi tercih edilir. Günes isiginin kullanilmasi uzay uydusuna yerlestirilen haberlesme sisteminde muhtemel laser kullanimini mümkün kilmaktadir.

Yari Iletken Laserleri

Yari iletken malzemelerden elde edilen kristallerle de laser yapilmistir. Galyum arsenik kristali yari iletken lasere örnektir. Yari iletken diod gibi p-n malzemenin birlesmesinden meydana gelmis olup, p-n malzemenin birlestigi yüzey yakut laserindeki aynalar görevini yapar. Birlesim yüzeyinde pozitif voltaj p tarafina ve negatif voltaj n tarafina verildigi zaman elektronlar n malzemesinden p malzemesine geçerken enerjilerini kaybeder ve foton yayarlar. Bu fotonlar tekrar elektronlara çarparak bu elektronlarin daha çok foton üretmesine sebep olurlar. Neticede yeterli seviyeye ulasan foton nesri, laser isinini meydana getirmis olur. Bu tür laserler verimli isik kaynaklaridir. Genellikle boylari bir milimetreden büyük degildir. Ancak çok verimli çalisma için ortam sicakligi oda sicakliginin çok altina düsürülmelidir.

Gaz Laserleri

Ilk gaz laser helyum ve neon karisimi seklinde kullanilmistir.bu karisim uzun bir tüpe ve iki küresel ayna arasina yerlestirilmistir.
Helyum ve neon gazi ile çalisan laserde bu gazlar yüksek voltaj altinda iyonize hale gelir. Helyum atomlari elektrik desarji esnasinda elektronlarin çarpmasi ile ikazlanarak yüksek enerji seviyelerine çikar. Bunlar, kazandiklari enerjilerini neon atomlarindaki es enerji seviyelerine aktarirlar. Bu enerji aktarma islemi fotonun yayilmasina sebep olur. Aynalar vasitasiyla yeterli seviyeye ulastiktan sonra laser isini elde edilmis olur. Bu tür laser isininin dalga boyu 1,15 mikrondur.

Kimyasal Laserler

Kimyasal laserlerde bir gaz meydana getirilir ve kimyasal reaksiyon yoluyla pompalanir. Kimyasal pompalama bir eksotermik kimya reaksiyonunda enerji açiga çikmasiyla olur. Buna bir örnek hidrojen ve flüor elementleri tersine çevrilmis bir toplumda hidrojen flüorur meydana getirmek üzere reaksiyona girdiklerinde laser etkisi ortaya çikar.

Sivi Laserler

En çok kullanilan sivi laser türü, organik bir çözücü içindeki organik boyanin seyreltik bir çözeltisidir. Bunlara mor ötesine yakin ve kizilötesine yakin arasinda laser türleri elde edilebilir. Genellikle pompalama optik olarak cereyan eder. Birkaç laser paralel olarak çalistirilabilir. Böylece saniyenin birkaç trilyonda biri devam eden laser darbeleri elde edilebilir. Boya laserlerinin en önemli özelligi dalga boyunun genis bir alanda hassas bir sekilde ayarlanabilmesidir.

Laser isininin Kullanildigi Yerler

Laser, haberlesmede kullanilabilecek özelliklere sahiptir. Laser isini da günes isini gibi atmosferden etkilenir. Bu sebeple atmosfer, radyo yayinlarinda oldugu gibi laser yayini için uygun bir ortam degildir. Bu bakimdan laser isinlari, içi ayna gibi olan lifler içinden gönderilirse, lifler ne kadar uzun, kivrintili olursa olsun kayip olmadan bir yerden digerine ulasir. Bu liflerden istifade edilerek milyonlarca degisik frekanstaki bilgi ayni anda tasinabilmektedir. Bu maksatla foto diyot kullanilmakta ve elektrik enerjisi foto diyotta isik enerjisine çevrilmektedir. Dünyanin birçok telefon sirketleri bu tatbikata geçmislerdir.
Karbondioksit laserleri metal, cam, plastik kaynak ve kesme islerinde kullanilir.

Laser, uzayda mesafe ölçmede kullanilir. Peykler arasindaki mesafeyi 25cm hata ile ölçebilmektedir. Laserle ilk mesafe ölçümü, 1962 senesinde, Ay’a yerlestirilen argon-iyon laseri ile yapildi. Laser, insaatlarda, boru ve tünel yapiminda, yön ve dogrultu tayininde ve tespitinde klasik teodolitlerden çok daha mükemmel ve kullanislidir.

Laserin askeri alandaki tatbikatlari çoktur. Mesafe bulma ve yer tanima maksadiyla kullanildigi bilinmektedir. Hedefe gönderilen güdümlü mermiler, hedef yakalaninca laser isini ile infilak ettirilmektedir. Gece karanliginda gece görüs dürbünleri sayesinde gündüzmüs gibi operasyon yapilabilir. Çok baslikli füzelerin hafizalarina yerlestirilen hedef resmi, füze hedefe yaklasinca laser isini ile taninir. ABD’nin 1984 yilinda gelistirdigi füze savunma sistemi, düsman füzesini havada iken uzaydan gönderilen laser isini ile tahrip edebilmektedir.

Holografi ve fotografçilikta çok mühim yeri vardir. Laserle görüntü kaydetme süresi saniyenin 10 trilyonda biri zamanda mümkün olur. Holografi, laser isinlari ile üç boyutlu resim çekme ve görüntüleme teknigidir.

Tipta laser “kansiz ameliyat” maksatlari ile kullanilir. Yirtilmis göz retinasi, laser isini ile acisiz ve süratle dikilir. Vücudun çesitli bölgelerindeki tümörler biçakla açilmadan yerinde kesilerek tedavi edilebilir. Damardaki dokular, laser isini ile kaynar ve kanama olmaz. Çürük dis çukurlari dolgu yapilmak üzere acisiz delinebilir.

Laserle Ilgili Beklenen Gelismeler

Nükleer enerji alaninda laserin çesitli gelismelere yol açacagi umulmaktadir. En önemlisi baslatilmasi zor olan termonükleer-füzyon olayinin (hidrojen bombasi ve güneste her an meydana gelen reaksiyon) laser ile tetiklenmesidir. Böylece dünya enerji problemi ortadan kalkacaktir.

Laser isininin darbe süresinin saniyenin trilyonda birine düsürülmesi halinde kisa bir sürede üretilecek enerji bugün dünyada ayni müddette üretilmekte olan enerji toplamindan fazla olacaktir. Laser isini ile çalisan silahlarin yapilmasi ile çok uzaklardan mühimmat, akaryakit, karargah binalari imha edilebilecektir. Laser özelligi dolayisiyla bilgisayarin hafiza kapasitesini büyük ölçüde arttirabilir.

>