LASER TEKNİĞİ

ıÜüLASER TEKNİĞİ


Atom üzerine düşen bir fotonun yukarıya doğru (uyarılmış soğurma) ya da aşağıya
doğru (uyarılmış yayınlama ) atomik geçişlere sebep olur. Sözü edilen her iki
geçiş de eşit olasılıkla olur.

Termal dengedeki atomlardan oluşan bir sisteme ışık düşürüldüğünde,taban
durumunda bulunan atomların sayısı uyarılmış atomlarda bulunanlardan çok daha
fazla olduğundan genellikle net bir soğurma enerjisi söz konusudur. Yani,normal
olarak foton soğurabilecek E1 enerji düzeyindeki atom sayısı,foton
yayınlayabilecek E2,E3... enerji düzeylerindeki atom sayısından çok daha
fazladır.
Durum böyle olmakla birlikte,uyarılmış bir durumdaki atom sayısı taban
durumundakinden daha fazla olacak şekilde sistem tersine çevrilebilirse,net
olarak foton yayınlanması elde edilebilir. Böyle bir durumun oluşturulmasına
nüfus terslenmesi denir. Bu aslında, bir laserin işletilmesindeki temel
prensiptir. Laser kelimesi uyarılma ile yayınlamada ışık yükseltilmesi anlamına
gelen ingilizce kelimelerin baş harflerinden türetilmiştir(Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation). Buradaki yükseltme, zincirleme olaylar
sonucu sistemden yayınlanacak foton sayısının arttırılması anlamını
taşımaktadır.
Laser işleyişinin gerçekleşebilmesi için aşağıdaki üç şartın sağlanması
gerekir:
Sistem,bir nüfus terslenmesi durumunda bulunmalıdır(yani uyarılmış bir
durumda,taban durumundakinden daha fazla atom olmalıdır).
Sistemin uyarılmış durumunu yarı kararlı(metastable) bir durum olmalıdır. Böyle
bir durumun ömrü,çoğunlukla kısa olan uyarılmış durum ömürleriyle
karşılaştırıldığında daha uzundur. Böyle durumlarda uyarılmış
ışıma,kendiliğinden ışımadan önce olur. Yayılan fotonlar diğer uyarılmış
atomlardan uyarılmış ışıma yaptırmaya yetecek kadar uzun süre sistem içerisinde
tutulmalıdır. Bu durum, sistemin uçlarına yansıtıcı aynaların yerleştirilmesi
ile sağlanır. Uçlardan birisi tamamen yansıtıcı olur,diğer uç ise laser
demetinin çıkışına izin verecek şekilde biraz geçirgen yapılır.
Uyarılmış ışınım yayan cihazlardan birisi helyum-neon gaz laseridir . Bu
sistemdeki neon atomunun enerji düzeyleri diyagramı Şekil 1.'de
gösterilmektedir. Uçları aynalar yardımı ile hava geçirmez şekilde kapatılmış
olan bir cam tüp helyum-neon karışımı ile doldurulur. Tüpe bağlı bir osilatör
yardımıyla elektronlar tüp içerisinde sürüklenerek gaz atomlarıyla
çarpıştırılır ve atomlar uyarılmış durumlarına çıkarılır. Hem bu süreç
yardımıyla hem de uyarılmış helyum atomlarıyla çarpışmaları sonucunda neon
atomları E3 durumuna uyarılırlar.
Neon atomları E3 düzeyinden E2 düzeyine bir geçiş yaptığında otaya çıkan ışınım
üst enerji düzeylerindeki komşu neon atomlarını etkileyerek ışımaya zorlar.
Bunun sonucu olarak 632.8 nm dalga boylu bir koherant ışıma oluşur.
İlk laserin 1960 yılında geliştirilmesinden buyana laser teknolojisinde çok
büyük gelişmeler olmuştur. Günümüzde,kızıl ötesi ,mor ötesi ve görünür
bölgelerdeki dalga boylarında laser ışığı elde edilebilmektedir. Uygulama
alanları çok geniş olan laser yırtılmış retinaların cerrahi müdahale ile
birleştirilmesi,ayrıntılı olarak yüzey ve uzunluk ölçümü,nükleer füzyon
reaksiyonlarını başlatmak için potansiyel bir kaynak oluşturulması,metal ve
diğer malzemelerin hassas kesimi ve fiber optik üzerinden telefon haberleşmesi gibi
işlerde kullanılmaktadır.
Bu uygulamalar ve burada belirtilmeyen diğer uygulamalar yalnız laser ışığında
var olan özellikler dolayısıyla yapılabilmektedir. Tek renkli olma ve koherant
olma özelliklerinin hayli iyi olması yanında,laser ışığı aynı zamanda son derce
iyi yönlendirilebilme ve son derce şiddetli ışıklı bölgeler oluşturacak şekilde
odaklanabilme özelliklerine de sahiptir .

HOLOGRAFİ
Laserin en ilginç ve değişik uygulamalarından birisi,holografi yöntemiyle bir
cismin üç-boyutlu görüntülerinin elde edilmesidir. Bir hologramın nasıl
oluşturulduğu Şekil 2.'de gösterilmektedir. Laser den çıkan ışık yarı
gümüşlenmiş bir B aynası yardımıyla ikiye ayrılır. Demetin yarısı fotoğrafı
alınacak cisimden yansıtılır ve yansıyan ışığın kullanılan F fotoğraf filmi
üzerine düşmesi sağlanır. Demetin diğer yarısı L2 merceği yardımıyla
dağıtılıp,M1,M2 aynalarından yansıtılarak sonuçta aynı F fotoğraf filmi üzerine
düşürülür. İki demet F filmi üzerinde son derce karmaşık bir girişim deseni
oluşturacak şekilde üst üste gelir. Böyle karmaşık bir girişim deseni film
üzerine gelen iki dalganın fazları arasındaki bağıntının sabit kalması şartıyla
çekim yapılması sırasında oluşturulabilir. Bu da ancak laser ışığı kullanmakla
sağlanabilir çünkü laser ışığı koherenttir(demetteki fotonların temsil edildiği
dalgaların tümü aynı faza sahiptir). Böylece oluşturulan hologram sadece
cisimden saçılan ışığın şiddetini kaydetmekle(alışık olduğumuz bir fotoğraftaki
durum) kalmaz aynı zamanda referans demetiyle cisimden saçılan demet arasındaki
faz farkında kaydeder. Bu faz farklılığı nedeniyle tümüyle üç-boyutlu
perspektife sahip bir görüntü oluşturan girişim deseni elde edilir.
Üzerine resim kaydedilmiş bir hologram filminden koherent ışık geçirerek filmin
arkasından ışık demetinin geldiği doğrultuya bakılırsa hologramda görülecek
resim görüntüsü en iyi şekilde görülür.

FLUORESANS VE FOSFORESANS
Bir atom,foton soğurarak uyarılmış bir duruma çıktığı zaman,bazı ara durumlarda
bir süre kaldıktan sonra taban durumuna geri döne bilir. Böyle bir olay sonucu
atomun yaydığı fotonların her birinin enerjisi ve dolayısıyla frekansı,
soğurduğu fotonun enerjisinden daha küçüktür . Başka bir deyişle burada yayılan
fotonların her birinin frekansı soğurulan fotonun frekansından küçük olur. Bu yolla
mor ötesi ışığı görünür ışığa dönüştürmeye fluoresans denir.
Fluoresans ışığı olarak bilinen ışığın fluoresan lambalarda elde edilişi şu
prensibe dayanmaktadır. Fluoresans ışığın elde ediliş sürecini şöyle
açıklayabiliriz: Bir tüpün ucundaki flamanın yeterince yüksek sıcaklıklara
kadar ısıtılmasıyla tüp içerisinde elektronlar üretilir. Bu elektronlar
uygulanan bir gerilimle hızlandırılır ve tüp içinde bulunan civa buharı
atomları ile çarpışmaları sağlanır. Çarpışmalar sonucunda bir çok civa atomu
uyarılmış durumlarına çıkar. Uyarılmış atomlar normal durumlarına dönerken mor
ötesi fotonlar yayar. Bu fotonlar fosforla kaplanmış tüpün iç yüzeyine çarparak
soğurulur ve fluoresans süreci sonucunda görünür ışık yayınlanır. Tüpün iç
yüzeyinin farklı fosforlu maddelerle kaplanması farklı renkte ışık
yayınlanmasına neden olur . "Serin beyaz" denen fluoresan ampulü
görünür
renklerin yaklaşık tümünü yayar,dolayısıyla verdiği ışık oldukça beyazdır.
"Ilık beyaz" denen fluoresan ampulleri ise kırmızı ışığı daha fazla
yayan bir fosfor maddesine sahiptir ve bu nedenle kırmızıya kayan beyaz bir
parlaklık oluştururlar. Bir marketin gıda maddeleri bölümünde et tezgahlarının
üzerindeki ampullerin ete daha kırmızı bir renk vermek için ılık beyaz
olanlardan seçildiğine dikkat etmek ilgi çekicidir.
Hastanelerin muayene kabinlerinde bulunabilecek çok kullanılan iki fluoresan
madde ,Murine göz damlası ve Pearl Drops diş macunudur. Eğer bu ürünler
kullanılırda "karartılmış ışık" altında kullanıldığı yerlere
bakılırsa, gözler ve dişler güzel sarı ışıkla parıldar. (Karartılmış ışık, bir
miktar görünür mor ve mavi ışıkla birlikte mor ötesi ışık yayan bir lamba
kullanmakla doğrudan sağlanır).