8/7/2019 LASERLER

1/107

LASERLER

GR

Yirminci yzyln ilk yarsnda birok bilim Adam spektroskobik incelemeleryapmlar Eve k tayflarnn sistematik ekilde aklanmas gerektiini belirterek bukonuda deiik modeller ortaya atmlardr Bunlardan en nemlisi 1917 ylndaEINSTEIN tarafndan ortaya atlan zorlanm. yaynm fikridir. Bu fikir yardm ileuyarlmann spektrumlarla gzlenmesi. atom fiziinin biraz daha gelimesini saglam.ve atomun yaps daha iyi anlalabilmitir.

Yirminci yzyln ikinci yarsnda ise zorlanm yaynm yoluyla ma jddetininarttrlabilecei birbirinden bamsz olarak TOWNES,C.H.. BASOV N.G. vePROKHOROV, A.M. tarafindan ne srlmtr. 1964 ylnda TOWNES,C.H..

BASOV, N.G. ve PROKHOROV, A.M. kuvant elektronikasas sahasnda yaptalmalrdan dolay Nobel dlne layk grlmlerdir. Daha sonraki yllardamikrodalga blgesinde ma iddetinin arttrlabilecei gsterildikten sonra buteknikle tek renkli ve az grltl ykseltme yaplabilecei ve bunun grnr (optik)blgedeki frekans aralnda da uygulanabilecei. Drt temel fiziksel olay ndadnlmtr. Bu olaylar;

1- Ik kuantumlu bir yapya sahiptir ve foton dediimiz kuantalardan oluur.2- Atomlar kuantumlu yapdadrlar ve belirli enerji seviyesinde bulunurlar.3- Ik ve madde etkileimi; atomlar enerji seviyelerini foton nerederek veya

foton sourarak deitirirler.4- Foton neredilmesi ya kendiliinden yada dardan bir zorlama ile olur.

1953de A.B.D.li fizikiler C.H. Towness ve A.L. Schawlow mikrodalgafrekansna uyarlamaya alarak MASER gerekletirdiler. Ad geen kiilermikrodalga eklinde deil de k eklinde LASER kavramn teorik olarak savundular.1960 ylnda yine bir A.B.D.li fiziki T.H. Maiman tarafndan Ruby kristalinden oluanubuk kullanlarak ilk kat hal Laseri yapld. 1963 ylnda ilk gaz laser (Helyum-Neon)yapld. Teknolojinin optik, elektronik, fizik ve kimya alanlarndaki gelimelerine balolarak ok eitli laser trleri ortaya kmtr. Temel olarak LASER Elektromanyetikalandaki k frekanslarnda; MASER ise Mikrodalga frekanslarnda alr (ekil 1).

Maserlerin dk s ve dk basn altnda alan ok dk enerji seviyelerinikullanan kat (iyon) ve gaz ( molekl) olmak zere iki tipi vardr.

ekil-1Dalgaboylar ve zellikleri

1

8/7/2019 LASERLER

2/107

Kelime olarak almlar ise;

MASER: Microwave (Molecular) Amplification by Stimulated Emission of RadiationRadyasyon uyarlm salnmas yolu ile mikrodalgalarn iddetlendirilmesi

LASER : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Radyasonuyarlmas salnmas yolu ile n iddetlendirilmesi eklindedir.

Beyaz k birok renkten (dalga boyundan) oluan Polikromatik bir k demetidir.Monokromatik k ise tek bir renkten (dalga boyundan) olumutur. Laser efazl(coherent) yaylm yapar. Birden fazla dalga boyu ihtiva eden gne veya birlambadan yaylan k ise efazl olmayan (incoherent) yaylm yapar ve yayldmesafeye bal olarak iddetini kaybeder.

Eer bir rengi dierlerinden ayrp kullanmaya kalkarsak, bu da monokromatik birk olur ve polikromatik'le ayn zellikleri tadndan e fazl olmayan "incoherent"k kaynaklar olarak adlandrlrlar. Bunlar eitli veya tek dalga boyundan oluan heryne yaylma/dalma zellii gsteren ve mesafeye bal olarak iddetini ok abukkaybeden klardr. Monokromatik bir k kaynan oluturan nlarn dalgalarnn

tmn ayn frekansta ve ayn fazda titremesi zellii gsteren klara efazl"coherent" klar denir. Laserler kzltesinden (IR) balayp mortesine (UV) kadaruzanan k iddeti artrlm efazl nmlardan oluan n demetleridir. Buradaefazl nm, Laserin ar younluu ve uzun mesafede ok az sapmas olan saf birrenkte (frekansta) olmas anlamndadr. Laser sistemleri, ierisinde depolanan ndemetlerini efazl olarak daha gl bir saf nm olarak yayma zelliine sahiptirler.

1. LASERLERN ALIMA PRENSPLER

Her elementin atom yapsnda yalnz o elemente zg olan elektron yerleim dzenivardr; yani o elementteki atomlarn elektronlar kararl yrngeleri olan belli bir enerji

dzeyinde bulunurlar. Yrngelerinde kararl olarak bulunan elektronlarn, dardangelen bir enerji ile uyarlp bir st yrngeye karak tekrar eski kararl konumunadnmesi srasnda ald enerjiyi dar salma ilemi laserin ana prensibinioluturmaktadr. Eer atom dalga boyu (rengi) kendisine uygun dmeyen bir k

2

8/7/2019 LASERLER

3/107

demeti (dalga boyu) ile uyarlm ise enerjisini spontane n eklinde yayar; eerkendisine tam olarak uygun den bir k demeti ile uyarlm ise ok ksa bir sredeyerletirildii k demeti ile ayn dorultuda ve daha parlak bir k demeti eklindenr, bu "bindirilmi (ykseltilmi) nm" olaydr (ekil 2).

ekil-2.Enerji seviyesi diyagram

BLM II

LASER

2.1. LASER

"Lght Amplification by Stimulated Emission of Radiation" ifadesinin ksaltlm olupmanyetik mann ykseltilmesinden (kuvvetlendirilmesinden) etkilenmi yaynm

prensibine dayanmaktadr. Bir baka deyile lasing olay mann kontrol altndaykseltilmesidir. Laserin prensipleri ve kuantum mekaniksel temelleri 1917 yllarnda A.Einstein tarafndan atlmtr. Einstein radyasyon ve madde arasndaki etkilemeyi aklamakiin "etkilenmi emisyon" ve "poplasyon ters evirme" olaylarn ortaya atm veaklamtr. Ancak Einstein'n bu teorisinin gerekletirilmesinde atomun ve maddeninyaps ile malzeme biliminde daha ileri dzey bilgilere, teknolojik imkanlara ihtiyaduyuluyordu. Bu nedenle bu k ancak 19601 yllarda retilebilmitir.

2.2. LASER'N ELDE EDLMES

Atomun bir alt seviyeden daha yksek bir seviyeye kartlmas iin olduka farklmetotlar vardr. Fakat atom uyarlm hale eritii zaman, fazla enerjisini nm halindeyayabilecei sadece iki bamsz yol vardr. Atom bir d elektromagnetik alann

bulunmamas halinde bile kendiliinden enerji kaybeder. Bu arada bir elektromagnetikdalga yaynlayarak daha dk bir enerji seviyesine alalr. Kendiliinden emisyon olarakadlandrlan bu durum daha nce verilmitir. Atom bir elektromagnetik dalgann nedeniyleuyartlarak, maya zorlanr. Bu halde de atom daha alak bir enerji seviyesine iner. kincihalde yaymlanan dalga, etkiyi yapan ile ayn faza sahiptir ve zde polarizasyondadr. Bu

ikinci tr emisyon, uyarlm emisyondur.

3

8/7/2019 LASERLER

4/107

Uyarlm emisyonun iddeti, bu haldeki atomlarn yahut poplasyonlarn A/n saysnaolduu kadar karakteristik frekans da (J/m3 Hz) enerji younluuna baldr. Olayn meydanageliinde yaynlanan toplam g,

Pm =hNn Bnm V

bants ile verilir. Burada Bnm , iki seviye arasnda bie etki ile meydana gelmi aayadoru olan geiin iddetini gsteren bir orant kat saysdr.

Kendiliinden olan emisyonda da gcn deeri, uyart mi haldekipoplasyonun says ile orantl olacaktr. Kendiliinden olan emisyonda yaynlanan gcndeeri,

bants ile verilir. BuradaAnmbir orant kat say sdr ve iki seviye arasnda kendiliindengeiin deerini gsterir. Uyanlm ve kendiliinden olan emisyonlar iin Einsteinkatsaylar olarak adlandrlanAm, Bnmkatsaylar birbirine baldrlar.

Eer bir atom dk bie enerji seviyesinde ise enerji sourarak bir st seviyeyekabilir. Sourmann deeri, elektromagnetik alann enerji younluu ile orantldr. Buhatde dk enerji seviyesindeki poplasyonun says etkilidir. Elektromagnetik alandasourulan gcn deeri,

bants le verilir. Burada 8 yukarya doru geiin iddetini gsteren bir orantkatsaysdr. Bnm= 3mnolduu gsterilebilir. Bu nedenle sourulan g ile uyarlm emisyon

boyunca yaynlanan g arasndaki oran alt seviyesi ve st enerji seviyesininpoplasyonlar arasndaki oran ile verilir.

Termik denge halinde, yukarda sz edilen iki enerji seviyesindekipoplasyonlar, Boltzman dalm ile birbirine, aada verilen bant ile baldrlar.

Burada k=1.3806x10-23 J/KBoltzman sabiti ve Tmutlak scaklktr. Oda scaklndakT1140 evtur.

Bylece grnr ve yakn krmz tesi blgede En - Em 1 aV olacandan, stseviye poplasyonu, alt seviye poplasyonun ste bir ekilde azalan deeri ile ifade edilir.

Normal halde alt seviyedeki poplasyon st seviyedekinden fazla olduundaatomlarn st seviyede toplanabilmeleri iin g, uyartlm emisyon esasnda yangten daha byk olacaktr.

Eer poplasyon inversiyonuna yol aacak olan Nn>Nm hali salanabilirse, yukardaiaret edilen durum tersine dnecek yani uyartlm emisyonun net etkisi gelen yan g,atomlar tarafndan sourulan gten byk olacaktr ve uyartlm emisyonun net etkisi gelenn faz kohorent amplifikasyonu eklinde oiur. Einstein A ve B katsaylar birbirine,

4

8/7/2019 LASERLER

5/107

denklemi ile baldr. Burada C k hzdr. Grlebilecei gibi bu bantkendiliinden emisyon ile uyartlm emisyon arasndaki bir temel bantdr.

Uyartlm seviyede poplasyon artmas olunca, kendiliinden olan emisyon veuyartlm emisyon bir arada meydana gelirler, uyartlm emisyonun verilen bir deeri iinkendiliinden olan emisyon frekansla hzl bir ekifde artar. Bu durum, ultraviyole ve dahayksek frekanslarda uyartlm emisyon yolu ite amplifikasyonu fevkalade gletirir.

Elektromagnetik dalgann Laser maddesi . ile etkilemesinden dolayamplifikasyonu elde etmek iin optik geilere katlan seviyeler arasnda poplasyon deiimi

meydana getirmenin gereklilii aktr. Bundan baka uyartlm sourma ve emisyongeileri bir arada meydana geleceinden net g kazanc poplasyon ile orantl olacaktr.Poplasyon inversiyonu hazrlayan ileme POMPALAMA denir ve Laser olayna katlan ikiseviyeden baka ok sayda dier enerji seviyelerini de ihtiva eder. Laser maddelerininyaplarndaki karkla karlk yaygn olan birok Laseier esas olarak veya drt enerjiseviyeli sisteme gre ilerler.

Atomda taban seviyenin mr ok uzun (sonsuz), uyarlm seviyelerin mr isegenelde ok ksa, rnein 10-8 s kadardr. Uyarlm seviyelerden bazlar da milisaniye,saniye ve dakika mertebesinde mre sahiptir. 10-8 s'den fazla mr olan bu tr seviyelerzel larak metas tabil seviye olarak adlandrl r. Laser olayn oluturabilmek iin tabanseviye, E1, zerinde E2, onun zerinde E3 gerekmektedir. Laser olaynn oluturulabilmesiiin bu zelliklerde ve bu strada seviyenin var olmas gerekir. Bu tr Laserfere SEVYE LASER'i denir.

Poplasyon inversiyonuna erimek iin gerekli koullan aklamak zere ekil-5'de grlentipik bir seviyeli Laserin enerji seviyesi diyagramndan faydalanlabilir.

5

8/7/2019 LASERLER

6/107

Pompalama ileminde ilk adm baz atomlar temel halden yksek bir enerji seviyesinekartmaktr. Bu hali gsteren durum ekil-5'te (2) ile belirtilmitir. Optik gei iin gerekliolan elektromagnetik nm vermek iin bir fla lambas kullanlr. ekil-5'te (2) ilegsterilmi olan yksek enerji seviyesine km bir atom Laser st seviyesine (1) ile iaretedilmi olan veya temel hale inebilir. Fakat eer bu gei mekanizmas hzl ise, st Laser

seviyesine gei masz olur, atomlarn ou yksek seviyede ok az bir sre kalarak buseviyeye iner. st Laser seviyesi geveme sresi olduka uzun olan bir seviyedir, sonuolarak birok atomun bu seviyede toplanmas mmkndr. Eer temel halden yksekenerjili seviyeye pompalanan atomlarn says yeter derecede fazla ise, st Laser seviyesineerien ve metastabil olan bu seviyede toplanan atomlarn says, halen temel halde

bulunanlarn saysnda fazla olduu zaman, bir durum ortaya kar. Sonu, poplasyoninversiyonudur. Metastabi ve temel haller arasndaki uyanlm geni ile

frekansnda amplifikasyon gereklemi olur Poplasyon inversiyonunu meydanagetirebilmek iin uyartlm yksek 2 seviyedeki poplasyon art,

ile verilir. BuradaNove A/2 ait olduklar enerji seviyelerindeki poplasyonlar, mpompalamayolu ile uyartlm gei olasl ve 21 masz geveme sresidir. Denklemdeki sadaki terimden birincisi pompalama enerji sorulmasndan dolay 2 seviyesinde poplasyon artgsterir, ikinci terim uyartlm emisyon nedeniyle temel hale doru geite poplasyonunazalmasn gsterir ve ncs 1 seviyesine doru olan iki geiteki poplasyon kayb ileilgilidir. Kararl halde (dN2/dt= 0) ve poplasyon,

Bu yaklam hzl gei mekanizmasnn r2j, 1/to koulunu salamasna gre yaplr.Benzer ekilde 1 seviyesinin poplasyon art,

bants ile verilir. Burada sadaki lk terim, yksek enerji seviyesinden geiten dolaypoplasyon artn ve ikincisi 1 seviyesinden temet hale gei nedeni ile poplasyonazalmasn gsterir. Karar halde,

eitlii dikkate alnacak, bulunur.

>1/10olduu zaman poplasyon inversiyonu olur.

6

8/7/2019 LASERLER

7/107

Poplasyon inversiyonun olabilmesi iin, atomlarn en az %50'sinin temel halden pompaland seviyeli sistemin aksine genellikle drt seviyeli olarak adlandrlansistemde, belirli seviyeler arasnda poplasyon inversiyonu iin atomlarn pek az temelhalden itibaren pompalanr. ekil-6'da grlen sisteme ya:Nd ve eitli gaz Lasersistemleri mek olarak verilebilir.

seviyeli Laser sisteminde olduu gibi atomlar ilk nce ya bir flalambasndan gele sourarak (kathat Laser'lerde olduu gibi), yahut elektron arpmalarle (gaz Laser'lerde olduu gibi) yksek 3 seviyesine ykseltilirler. Bu seviyeden itibarenLaser st seviyesi olarak i gren 2 seviyesine abuk masz bir gei olur.

Bu seviye metastabil olduundan burada bu durumdaki atomlarn saysnda artmaolur. Alt laser seviyesi olarak i gren 1 seviyesinde geveme sresi ksadr ve genellikle

temel halin stnde olacak ekildedir. Bu ki karakteristik

poplasyon nvensiyonunu temin edecektir. nk birinci koul seviyesinde poplasyontoplanmasn garanti etmekte ve termik denge halinde bu seviyenin bo ofmas gerektiiniifade etmektedir. eitli reaksiyon zamanlar arasndaki ilikiyi bulmak in 3 seviyesindeki

poplasyon iin,

7

8/7/2019 LASERLER

8/107

yazlabilir. Burada pompalanm gei olasl,No veN1temel seviye ve 1 seviyelerindeki poplasyonlar, 32 B seviyesinden 2 seviyesine geite reaksiyon zaman, kararl haldedN3/dt=0 , yukarda sz edilen iki seviyedeki poplasyonlar arasnda,

bants vardr. Bu yaklam reaksiyon zamann T 1/

8/7/2019 LASERLER

9/107

2.3. LASER'DE DENEYSEL TEKNK

Laser , dier k kaynaklarnda olduu gibi atomlarn yksek enerjidzeylerinden aa enerji dzeylerine geerken yaynlanan madr. Ancak bu olaydaatomlar rezonatr denilen karlkl paralel duran ve en az ki aynadan oluan optik dzenekiindeki elektromagnetik dalgalarn etkisi ile yn, faz ve polarizasyon bakmndan uyumluemisyon yapacak ekilde tetiklenirler.

Laser geiinin meydana gelebilmesi iin ilk artE2enerji dzeyinin optik pompalamamekanizmas eE3enerji dzeyinden daha yksek bir poplasyon deerine ulamasdr. Buolay poplasyon ters evirme olarak adlandrlr.

Laser aygt 1. Aktif madde, 2. Pompalama sistemi, 3. Karlkl duran en az ikiaynadan (rezonatr) olumaktadr. Rezonatrde yaynlanan k dalgalar kendileri ile faz, ynve polarizasyon bakmndan tamamen ayr yapda olan maya neden olur. Bu nlar yerel vezamansal olarak koharenttir.

9

8/7/2019 LASERLER

10/107

2.5. LASER IIMANIN ZELLKLER

2.5.a. Tek Renklilik (Monocromatik)

Laser demetinin tm fotonlan ayn dalga boyuna sahiptir. Bu sayede de farkl dalga

boylarndaki fotonlardan oluan klarn sahip olmad kadar katksz bir tek renge

sahiptir. Bir elektromagnetik nmn tek renkli olmas iin, bir baka deyile tek frekansl

olmas iin, elektromagnetik nm kaynann bir takm zelliklere sahip olmas gerekir. Bu

olaya tepki eden etkenler

- Kendiliinden yaymlanma (spantaneous emission)

- Atom veya molekllerin hareketinden ileri gelen frekans genilemesi(doppler brooldenig)

- Siyah cisim mas (black bady radiation)

- Basn genilemesi (pressure brogdening)

olaylar frekans izgi geniliine etki eden faktrlerdir. Bu faktrlerin etkisi mmkn

olduunca yok edilmeye allmaktadr.

Bir kaynan tek frekansll veya frekans geniliinin daiga boyu

genilemesine ball,

ifadesi ile verilir. Bu ifade V=C/ ifadesinden tretilmitir.

Ik kaynana ve uyuma enerjisine vb. faktrlere bal olarak bir dalga boyu

genilii 300nm ile O.O*nm arasnda deiir. Bir gaz laserinde O.OOlnm kadardr.

AA = 0 olmas ideal bir istektir. Ancak pratik olarak byle bir sonuca ulamak mmkn

deildir.

10

8/7/2019 LASERLER

11/107

Frekans genilii, ulalabilen normal yar geniliktedir. Laser rezonatrlerinde ilave

optik elemanlar kullanlarak frekans geniliinin kHz ve harta Hz dzeyine indirgenmesi

mmkn olabilmektedir.

Yar doru dikeyi tam ortadan kesmektedir. O1 ve O2 noktalarndan inilen dikmeler O1

ve O2 frekanslarn verir. V1ve V2frekans geniliinin alt ve st limitleridir. Laser ve

frekanslar arasnda deiir. Laser frekans dalm aral 104dolayndadr.

2.5.b. E Fazllk (Coharent)

Sradan bir k demeti ayn dalga boyundaki fotonlardan olumu bile olsa bu fotonlar

kaynaktan dank bir biimde karlar. Birbirine uyumlu olmayan bir yol izlerler. Oysa bir

laserin yayd n yada k demetinde fotonlar e fazl bir hareket iinde sk aralklarla ve

ayn hat zerinde ilerler. Bir havai fiek gibi deil, ok gibi ilerler.

Bir kaynaktan kan n zamansal (temporal) ve yerel (spetial) olarak uyumlu

olmas, n herhangi bir noktadaki elektrik alan deimelerinin baka noktalardaki faz

bakmndan tam bant halinde olmas demektir. Bir baka deyile k dalgalarnn, zaman

ve uzaysal olarak herhangi bir noktadaki genlii ve faz iie bir baka noktadaki genlii ve

faz arasndaki sabit bir bant bulunmasdr. Yani bir noktadaki alan lfrse dier

noktalardaki alan da belirlenmi olmaldr.

11

8/7/2019 LASERLER

12/107

E fazl)tk ile tek renklilik arasnda yakn iliki vardr. Tek renklilik zellii e

fazlln sonucudur. Yani e fazlln olduu bir n rengi tektir Baka deyile bir tek

dalga boyuna sahiptir. Bir k kaynann e fazllk zelliinin ls e fazllk uzunluu

ve zaman ile belirlenir. Bir foton t gibi bir zaman iinde yaymlanan dalgaya GAUSSDALGA TREN denir (ekil-11).

Atsresi ne kadar uzun ise e fazlhk o kadar byktr, tye yaam sresi de denir.

Dalga treninin uzunluu (yerel olarak) L, e fazllk sresinin k hz ile arpmndan elde

edilir(L=C. t).

Dier taraftan t=1/Volup buradan V yerine V=(C/2) . ifadesindeki deeri

konularakt=-2/C. ve buradan da elektromagnetik dalgann dalga genilii (L) ifadesi

ekilirse;L= -2/ ifadesini elde ederiz.L=C/ Vbu iki bant bize dalga geniliini verir.

12

8/7/2019 LASERLER

13/107

Maksimum genliin ortasndan geen paralel kesmenin O1 ve O2 noktalar arasnda

kalan ksm frekans genliini verir. Laser k kaynann rettii dalgalarn e fazllk

uzunluklar birka yz metreye kadar kabilmektedir.

2.5.C. Ynllk

Tek renklilik ve e fazllk zelliklerini laser na ok yksek dzeyde bir

ynlendirebilme olana salar. Yani mesafenin n yolundan saptrma yzdesi hele ksa

mesafelerde yok denecek kadar azdr.

yleki milimetrenin be binde biri apnda ve laserin dalga boyuna bal olarak sadece

krnm olayndan kaynaklanr.

Yarap D/2 olan bir aynadan veya delikten dalga boyu X olan bir

elektromagnetik mann dalma as.

ifadesi ile belirlenir. BuradanHe-Ne laseri iin=633nm, D=3mm ise 3mradbulunur.

2.5.d. Parlaklk (Spektral G Younluu)

Laserin g younluu gne ve dier k kaynaklarndakinden daha yksektir.

yleki laser nn arpt madde cinsine gre ya yanar yada erir. Laser 2/4

byklndeki (:Laser nn dalga boyu) bir dzeye odaklanabilmektedir. Bu

koullarda birka milivvatt gcndeki bir laserin (rnein He-Ne laseri) g younluu 4x105

W/cm2olup bu deer1019Kscaklndaki siyah cismin masna edeerdir Gnein g

younluu ise sadece 500 W/cm2 kadardr.

13

8/7/2019 LASERLER

14/107

RADYASYONUN SALINMASI VESOURULMASI

EINSTEIN BAINTILARI

Atomdan bir elektron iki enerji seviyesi veya hali arasnda geiyaparsa ya bir foton salar yada sourur.Bu frekansl bir foton dalgasn gsterir.

h Plank sabiti , frekans

Gei basite uyarc foton varlyla balar. Bir kendiliinden geiyapmadan nce elektronun uyarlm seviyede geirdii ortalama

=

h

E

21A

14

8/7/2019 LASERLER

15/107

zaman, uyarlm halin 21 mr olarak adlandrlr. kendiliindengei orann gstermek zere;

2121

dt

dtA = ile verilir. - Uyarlm halin mr, yani 21 geii yapana kadar uyarlmelektronun uyarlm seviyeye geinceye kadar ortalama zaman. Kendiliinden gei orann gsterir.

21A

21

E2

E1

N2 nfusu

E2 enerjisi

N1 nfusu

E1 enerjisi

2

1

a) ki enerji seviyeli sitem

E2

E1

E2

E1

Balang Hali Biti Hali

Uyarlmsourma

b)Uyarlm sourulma

E2

E1

2

1

c) Kendiliinden Salma

KendiliindenSalma

E2

E1

15

8/7/2019 LASERLER

16/107

frekansndaki enerji younluu

verilir. Burada Nh frekansna sahip birim hacim banafoton saysn gsterir.Toplam aa gei indklenen (oluturulan) vekendiliinden oluanlarn katklaryla ifade edilir.

A21 ,B21 ve B12 Einstein sabitleridir.Yukar ve aa ynde gei oranlar eit olduundan

Boltzman statiksel dalmna gre :

E2

E1

E2

E1

Biti Hali

Uyarlmsalma

d)Uyarlm salma

2

1

Nh=

212212 ANBN +

212212 ANBN +

(1) ve

1

/

2

1

21

12

2121

=

N

N

B

B

BA (2)

16

8/7/2019 LASERLER

17/107

Nj, Ej Enerji seviyelerinin enerji younluu,N0 Toplam nfus younluu;

gj ise jinci seviyenin dejenerasyonudur.

(4) ve (2) eitliklerini kullanarak ;

g1B12=g2B21

=)/exp(

)/exp(0

kTEg

kTENgN

ji

jj

j

(3)

( ))/exp(exp

2

112

2

1

2

1 kThg

g

kT

EE

g

g

N

N=

= (4)

1)/exp(

/

21

12

1

2

2121

=

kThB

B

g

g

BA

(5)

=

1)exp(

183

3

kT

hc

h

(6) karlatrrsak

(7) ve

3

3

21

21 8

c

h

B

A = (8) alnr 17

8/7/2019 LASERLER

18/107

(7) ve (8) eitlikleri Einstein bantlar olarak anlrlar. Buradan (8)ifadesi bize verilen bir enerji seviyesi ifti iin kendiliindensalma/uyarlm salma (orann) miktarn hesaplama imkan verir.

R=Kendiliinden ve uyarlm salma miktarnn oran.

RADYASYON SOURULMASI E1 ve E2 seviyeleri arasnda oluan tek bir elektronun demetinin

iddetindeki uzakln fonksiyonu olarak deime

I(x)=I(x+x)-I(x) olurHomojen bir ortam iin I(x) hem alnan x mesafesine ve hem deI(x) e baldr. Bu I(x)=-I(x)dx demektir.

Burada orantllk sabiti sourulma sabiti olarak tannr. (-)iareti ise bir pozitif nicelik olduunda sourulma sebebiyle demetiddetinde ( I(x) ) bir azalma olacan gsterir. Bu eitliidiferansiyellersek;

21

21

BAR

= (9) veya

1)/exp( = kThR

)()(

xIdx

xdI= Integrallersek;

18

8/7/2019 LASERLER

19/107

Burada I0- gelen iddeti gstermektedir.

Demetin iddeti(I): Birim zaman iinde birim yzeyden geenenerjidir, ve enerji younluu ile ortamdaki n hznn arpmnaeittir.

veyaolur.ortamdaki n hz

ve - enerji younluklar,c - n boluktaki hz ven - ortamn krlma indisidir.

I nin E1 ve E2 nin nfus farkna bal olduunu ve bir atom grubu iin.

E2>E1 olacandan (g2/g1)N1 daima N2den byk olacaktr ve bylece pozitif olacaktr.

Bununla birlikte eer N2nin (g2/g1)N1den byk olduu bir haloluturulabilirse -dxi pozitif yapacak ekilde nin negatifolacan gsterir. Bylece demetin iddeti ;

I=I0exp(kx) (11) Uygun bir ekilde byyecektir. Burada k-kk sinyal kazan

sabiti olarak ;

(12)

ile ifade edilir.

NFUS TERSLENMES

)exp(0 xII = 10

nc

ncNhncI

ncI

/

//

/

===

c

nhBN

g

gNK 21211

1

22

=

19

8/7/2019 LASERLER

20/107

Bilindii gibi fiziin temel ilkelerinden biri de kararl dengelerinminumum enerjide olumalar ilkesidir. Bu ilkeye gre her cisim en kk enerjidzeyinde kalma eilimini gsterir. Ayr atomlardan oluan bir gaz karm gznne alnsn.

Gaz ortam iindeki atonlarn istatistiksel olarak enerji dalmna bakldnda en aa enerji dzeyindeki atomlarn saysnn st dzeydekiatomlarn saylarndan byk olduu grlr. statiksel dalm sonularna gre

N1>N2>N3 .. vb. elde edilir.

Bu dalm m,n olan kuantum seviyeleri iin,

=

= kT

hVN

kT

EENN mn

n

nm

nmexpexp

eklinde ifade edilen Boltzman kanununa uyduu grlr.Dardan uygun bir frekansla bu ortam uyarlarak normal dalm dzeni

bozulabilir. st dzeylerden herhangi birindeki atom says alt seviyelerdekindendaha byk yaplabilir. Bu ileme NFUS TERSLENMES denir. Nfusterslenmesini grafiksel olarak ekil 2.a) ve b),3.a) ve b) de verilmitir.

Nfus terslemesi ilemi yapldnda, normal dalm tam tersi bir dalmelde edilir. E3>E2>E1 seviyeleri iin N3>N2>N1 durumu geerlidir.

a) Isl denge

E

E1

E2

NN2N1

kT

Eiexp

20

8/7/2019 LASERLER

21/107

ekil 2 ki enerji seviyeli sistemin a) Isl denge ve b)Nfus terslenmesisonras nfuslarNfus terslenmesi iin atomu E2 enerji seviyeye, byke pompalamaenerjisiyle uyararak karlabilir.

b) Nfus terslenmesi

E1

E2

NN2N1

kT

EiexpE

Pompalamadan ncekiBolzman Dalm

EE2

E1

E0

N

b) Pompalamadan sonrakidalm ve ieren geiler

Pompalama

EE2

E1

E0N

Lazer Geii

Hzl Geii

21

8/7/2019 LASERLER

22/107

ekil-3 3 enerji seviyeli sistem

E2 den salmadan elektronlar E1-e hzl inecek ve E1 ile E2 arasndanfus terslenmesi elde edilebilir. E1 yarkararl hal gibi davranr.Kendiliinden salma nisbeten kk olduundan E1 seviyesindebylece atom says art salar. Sonuta N1 N0dan byk olacak venfus terslenmesi baarlm olacaktr. Idealde E2 ile E1 arasnda gei

olduka hzl olmaldr. Bylece herzaman E2 de yeni uyarmalar iin bo yer bulunabilir. Bu arada E1den E0a gei yava olmal ki,bylece E1 bizim iin bir yar kararl hal olarak davransn .

E2 enerji seviyesinin yaknlnda ok sayda enerjiseviyelerinden olumas arzu edilir. Bu zaman da pompalamaveriminin artrlmasyla spektrum blgesinde ki ok saydakipompalama radyasyonunu kullanabilir.

Drt seviyeli sistem (ekil 4) enerjili seviyeli sistemden farklolarak daha dke pompalama gerekliliklerine sahiptir. Eer (E1-E0)kTden nispeten bykse, bu durumda E1,E2 ve E3 seviyelerininnfusu sl denge halinde olduka kktrler. Bylece, eer atomlartaban seviyesinden E3 seviyesine pompalanlarsa E2 seviyesine abukderler ve bylece E2 ile E1 arasnda ok abuk bie ekilde nfuzterslenmesi elde edilir. Yine daha byk bir pompalama verimi iin,E3n st seviyesinin ok sayda enerji seviyesi iermesinin faydal

olacan sylemek gereklidir.

a) Pompalamadan nceN1 N

E

E3

E2

E1

E0N3 N2 22

8/7/2019 LASERLER

23/107

ekil 4. Bir drt seviyeli sistemde enerji seviyelerinin nfusu.a)Pompalamadan nce b) Pompalamadan sonra

LASERlerde pozitif geri besleme , optiksel bir rezonatr (Fabry-Perot

Rezonatr) oluturacak ekilde bir ift aynann arasna kazanortamnn yerletirilmesi ile elde edilir.

b) Pompalamadan sonra

N2

N1

R2

R1

Pompalam

a

Lazergei

i

Hzl Gei

N2gB21

N2A21

E3

E2

E1

E0N1A10

N1gB12

N

23

8/7/2019 LASERLER

24/107

EK ARTLARI LAZER KAYIPLARIki M1 ve M2 rezanatr arasnda harekette demet iddeti I0dan Iyaartacaktr. Burada (11) eitliindenI= I0 exp(K-)L olacaktr.

24

8/7/2019 LASERLER

25/107

M2- d yansdktan sonra demet iddeti R2I0exp(K- ) L olarak ve tam bir dngden sonra sonu iddeti, dng kayb G olacak ekildegelecektir.G= Sonu iddeti / Balang iddeti =R1R2exp{2(K- )L}Eer G 1 den bykse lazer rezonatr frekansdan bir bozulma, netykselme yapacak ve titreimler byyecektir.eer G, 1den kksetitreimler lecektir. Bylece eik hali iin;

G= R1R2exp{2(Kth- )L} =1 (13)

Olur. Burada Kth eik kazancdr.Srekli lazerlerde eik kazanc kararl hal kazancna eit olduunu ;yaniKth=Kss olduunu bilmek nemlidir.th- threshod(eik)ss- Steady State (kararl hal)

Kararl hal iin gereken kk sinyal kazanc K ve ile lazerortamna ve R1,R2 ve L ile de lazer dzeneine bal olacaktr. (12)den

(14) olur

Burada 1. ci terim hacimsel ve 2. ncisi faydal k eklindekikayplar gsterir. (12) eitlii K nn sadece [N2-(g2/g1)N1]-e deil,ayn zamanda aktif ortamn doal zelliklerine de bal olarak oksayda deiik zelliklere sahip olabileceini gsterir.Eer K bykse Laser olayn gerekletirmek ksmen kolaydr. Dk

kazanl ortam iin aynalar olduka yksek derecede yanstkan, sonderece temiz ve dikkatli ayarlanm olmaldrlar.

POMPALAMA EK ARTLARIEik halinde gerekli PthBirim hacim banatoplam pompalama gc ;

yazlabilir.

)1

ln(2

1

21RRL

Kth =

21

3

th

th

NEP =

25

8/7/2019 LASERLER

26/107

Aktif blge

d

t

d blgesi

olduundan; (15)

veya

(16)

bulunur. Bu tam olarak nfus terslenmesinin rezonatr kayplarndengeledii noktadr.

Lazerin W k gc lazer rezonatr optik g younluu ileorantl olacandan 2 nolu seviyeye pompalama oran (yani R2) lazereverilen P pompalama gcyle orantl olacaktr.

, burada Wo sabit (17)

=

2

2

21

2

08

c

nKN thth

2

21

2

21

2

038

c

nKEP thth

=

2

22

038

c

nKEP thth

=

= 10

thP

PWW

26

8/7/2019 LASERLER

27/107

YARILETKEN LAZERLER N EK AKIM YOUNLUUNfus terslenmesinin saland aktif hacmin t kadarlk kalnlna

ve retilen e.m modun sktrld mod hacminin d (d t) kalnlnasahip olmasna izin verelim.Dier lazerlerde mod hacmi genelde nfusterslenmesinin saland hacimden daha kktr.Burada etkin nfusterslenmesinin mod hacmi (d l w) iinde t/d faktryle gereknfus terslenmesini azaltacan kabul ederek,(15) eitliinden ;

olacaktr.Valans bandnda hollerin saysnn ok fazla olmasdurumunu gz nne alarak N1 i ihmal edebiliriz. Bylece ;

(18)

olur.

Bylece saniyede sokulan elektronlarn say younluu (J/et) ; elektron/ms olacaktr.letkenlik bandndaki elektronlarn denge say younluu

(e ise elektronlarn yaama zaman gsterirse, onda N2/ e olur.

Bylece eik akm younluu;

ile verilir.

=

=

2

2

21

2

01

1

22

8

c

nK

t

dN

g

gNN th

th

th

=

2

2

21

2

02

8)(

c

nK

t

dN thth

e

thth N

et

J

)( 2=

27

8/7/2019 LASERLER

28/107

(18) eitliini burada yerine yazlrsa ve Kth in (14) teki ifadesini yerineyazarsak ;

ifadesi elde edilir. Bu eitlikteki e/ 21 oran ska i olarak yazlr veradyasyon yayc ekilde birleen,enjekte edilen elektron(hole) kesriniifade eden i quantum verimi olarak tanmlanr.

YARILETKEN LAZERN IKI GCYariletken lazerlerde k gc dier lazerlerdeki gibidir.Bylece

uyarlm salma ile yaylan gc

olur.

Burada A eklem alandr.

Bu gcn bir ksm lazerin iinde dalacak ve kalan kristalin kenaryzeylerinden darya kacaktr..Bu iki bileen srasyla ve

ile orantldr.Bylece k gc;

olur. (20)

Harici diferansiyel kuantum verimi , (ex) enjeksiyon oranndaki birarttan doan foton k oranndaki artn miktar olarak tanmlanr.(Yani saniye bana tayc).Bu ;

+

=

212

221

20 1ln

2

18

RRlc

nedJ

eth

[ ]e

hJJAP ith

=

21

1ln

2

1

RRl

[ ]

+

=

21

21

1

ln2

1

1ln

2

1

RRl

RRl

e

hJJAP ith

( )

[ ]

=th

ex

JJe

Ad

hPd

/0

28

8/7/2019 LASERLER

29/107

olur.

(20) Eitliinden exi ;

olur. (21)

R1=R2 olarak alnmtr.

ex ise lye bamldr.(GaAsta yaklak olarak 0,7-1,0 arasndadr.)Eer lazere uygulanan pozitif yndeki gerilim V ise bu durumda ggirii V AJ olacak ve elektrik girii lazer kna evirmede lazerinverimi;

(22)

olarak bulunur.

olursa ,i -ye yaklar.

Laser kayna olarak kullanlan malzemenin (kristal, gaz, sv) yapsnoluturan atomlarn en son yrngelerindeki elektronlar dardan

enerjilendirilerek (pumped) bir st yrngeye kmas salanr. Verilen enerjikesildii zaman elektron tekrar kararl konumuna geer (bir alt yrngeye der).Bu srada kazanm olduu enerjiyi foton eklinde yayar. Yaylan bu enerji laser

+

=

1

1

1ln

1ln

Rl

Rixex

+

==

1

10

1ln

1ln

Rl

ReVh

JJJ

AJVP

f

th

f

>>

1

1ln

1

Re

29

8/7/2019 LASERLER

30/107

kaynann iki tarafnda bulunan yanstmal aynalar vastas ile kendi ortamndadndrlr. Bu ilem elektronlarn tekrar tekrar uyarlmas ile devam eder.Bylece efazda iddeti ok artarak uyarlm ve o atomun frekans (renk)karakteristiklerini tayan gl bir nm (foton demeti) elde edilir. Tek dalga

boyunda younlatrlarak ynlendirilmi Laser ~ %25 geirgen olanaynadan bir Q anahtar yardm ile aa kar

Laser retilen ortamdan birim anahtarlama zamannda aa kanenerjiye Q deeri ve bu ileme Q anahtarlamas denir. Q anahtarlama metotlarDner aynalar (1000 dnme/sn.), Elektro-optik ve Akustik-optik ekillerindeolabilir. Elektro-optik ve Akustik-optikde alma prensibi, polarizasyonkuramlarnn eitli uygulamalarna dayanr.

A) Nfus ters evrimi

Uyarlm salnmdaki problem atom ve molekller termodinamik dengedeolduunda iyi almamasdr. Atom ve molekllerin alt enerji seviyesinedmesi nfus (her enerji seviyesindeki atom ve molekl says) probleminimeydana getirmektedir. Termodinamik dengede molekl ve atomlarn birinci veikinci seviyedeki saylarnn oran aadaki denklem'de gsterilen Boltzmandalm ile verilmektedir.

kTEEe

N

N /)(

1

2 12=

Oda scaklnda bu oran, optik dalga boyundaki gei enerjileri iin kktr.Bu demektir ki termodinamik dengede neredeyse tm atom ve molekller, endk enerji seviyesindedir. Bundan dolay uyarlm salnmn genliikktr.Uyarlm salnm etkin hale getirmek mmkndr. Alt seviyedensayca daha fazla atom uyarlm halde olursa, fotonlar sourmak yerineuyarmaktadrlar. Bu duruma nfusu tersine evirme demekteyiz, nk normaldurumun aksine, atomlarn ou alt seviyeler yerine st seviyelerdedirler. Nfusutersine evirme durumunda uyarlm salnm, lazer olayn salayan, kalayan meydana getirmektedir.

B) Lazerlerin Enerji Dzeyleri

Nfusu tersine evirme durumu, lazer almasnda ok nemlidir.Nfusutersine evirme durumunu gerekletiren allm yntem, lazer ortamna enerji

koyarak atom ve moleklleri daha yksek enerji seviyelerine karmaktr. Lazerortamndaki bu etkilemeye pompalamadenir. Pompalama optik veya elektrikolarak yaplr. Normal artlarda, enerji seviyelerinin ksa mrleri vardr ve fazla

30

8/7/2019 LASERLER

31/107

enerjilerini kendiliinden salnm ile birka nanosaniye ierisindebrakmaktadrlar. Halbuki, nfusu tersine evirmek iin daha uzun mrl enerjiseviyeleri gerekmektedir.Bu seviyeler ara mrl seviyeler olarak

bilinmektedir. nk atomik zaman leinde olaanst uzun mrldrler ve

mikrosaniye ve hatta milisaniye seviyesinde srebilmektedirler. Lazer fiziindebunlar ok nemlidir ve en iyi st lazer seviyesini oluturmaktadrlar.

Nfusu tersine evirme durumunu iki seviyeli sistemde oluturmakimkanszdr, nk st ve alt seviyeler birbirini sfrlamaktadr. Pratik lazersistemlerinin , drt veya daha fazla enerji seviyesine gereksinimleri vardr.En

basit enerji seviye yaps Maiman'n sentetik yakut lazerindeki gibi seviyelilazerdir (Hecht, 1992). Bu lazerde yksek etkileimli st seviye, meta dayanklst seviye ve alt seviye bulunmaktadr. alan bir sistem olmasna ramen, ideal

deildir. Problem, alt lazer seviyenin ayn zamanda en alt seviye olmasdr.Nfusu tersine evirmek iin atomlarn ounu st seviyeye byk bir enerji ilekoymak lazmdr. Bu durumda, seviyeli lazer ancak darbeli olarakalmaktadr. Pratik lazerlerin ou, drt seviyeden olumaktadr (ekil 3).

ekil3. Drt seviyeli lazer sistemi

C) Rezanatrler

31

8/7/2019 LASERLER

32/107

2. LASER KAYNAKLARI

A) Kat Laserler

B) Gaz Laserler

C)Sv Laserler olmak zere grupta toplanabilir.

32

8/7/2019 LASERLER

33/107

A) KATI LAZERLER:

Zenginletirilmi (Doped) kat malzemeden yaplanlar: (Ruby; Nd:YAG;Er-Glass)

Kat laserlerin en ok kullanlan malzemeleri Ruby (yapay yakut) kristali veyaNeodymiumla zenginletirilmi cams (Silisyum oksit bazl) kristallerdir. Bu tiplaserlerde akma zaman olarak 12*10E-15 sn. ye kadar ulalmtr.

Nd:YAGActive Medium: Neodymium impurity inYttrium Aluminium Garnet

(solid state)Pumping: OpticalOutput Wavelength: 1064nm

33

8/7/2019 LASERLER

34/107

Typical power levels: up to 50WcwCost: 10k - 50kLaser Type: 4 level, inhomogeneous

34

8/7/2019 LASERLER

35/107

BLM III LASER

ETLER

3.1. KATIHAL LASERLER

Bir kathal laserde aktif aktif ortam, az miktarda iyon ilave edilmi kristal ve camdan

meydana gelmitir. Esas olarak kartrma iin metalik veya nadir toprak iyonlar kullanlr.

Bunlarn laser geileri grnr blge yahut yakn krmz tesinde bulunur.

3.1.a. Yakut (Ruby) Laser

Katna) laserleri iinde uygulamada en ok rastlanan laser eididir. Ruby kristali

almnyumoksit (AI2O3) ve buna katklanan %0.05 oranndaki krom atomlarndan ofuur.

Krom atomlar dolmam elektron tabanlarnda 4s1 ve 3d5 elektronlar ihtiva eder. Krom

atomlarAI2O3 iine katklandnda bir adet 4s ve iki adet 3delektronlarn terkederler ve de kez iyonlarm krom iyonu ortaya kar. Cr+++ iyonunun toplam spini s=3/2 olup. bu

iyonlarAI2O3 diamagnetik kristali iinde paramagnetik merkezler olutururlar. Bunun sonucu

olarak kristal magnetik alandan etkilenir. Dier taraftan AI2O3 iinde Cr+++ iyonunun optik

enerji emas mavi ve yeil dalga boylarnda kuvvetli sourma zellii tayan enerji bandlar

ortaya karr.

35

8/7/2019 LASERLER

36/107

Eer yakut uygun frekansla uyartlyor ise geiler taban 4A2durumundan, uyartlm4F2ve 4F1durumuna geer Uyarttlm durumlar masz geile 2Edurumuna bozunur. 2E

durumunun mr daha uzundur (yaklak oda scaklnda 3 ms). 2Eenerji dzeyi yar kararl

dzeydir. ekil-13'de grld gibi iyonlar kristal alanna girdiinde uyarlm enerjidzeyleri de rnein 2Edzeyi birden fazla ait enerji dzeylerine yarlmaktadr.

4A2 2E geii simetri sp nedeniyle yasaklanmtr. Bylece sistemin srekli

uyartlmas veya optik pompalanmasyla taban durumla kyaslandnda 2E durumunda

daha fazla nfus olacak ve bir nfuz terslemesi sz konusu olacaktr. Bu dzeyden 4A2

dzeyine geiler k younluu bakmndan youn olan laser geii olmaktadr.

Bu laserin pratikte gerekletirilmesi iin mavi ve yeil sourma bandlarnn optik

pompalama ile pople edilmesi gerekir. Bunun iin ekil-14'te de grld gibiXe, Hgveya

Krfla lambalar kullanlr.

Fla lambas ile pompalanan yakut laserin alma emas ekil-14'teki gibidir. Bu tip

laserier genellikle pulslu (darbeli) laser olarak kullanlr. Bu durumda gleri birka kilo

vvatt mertebesindedir Ayrca optik pompalama tekniine bal olarak srekli ayn dalga

boyunda retilecek ekilde gerekletirilebilirler. Bu durumda gleri birka vvatt

civarndadr.

36

8/7/2019 LASERLER

37/107

3.1.b. Neodyme {Nd+) Laser

Aktif eleman cam veya YAG yani Yttrium Alminyum Grenat (Y3Al3 On) destek

iinde Nd* iyonu halinde Neodyum'dir. Konsantrasyon %0.5 - %0.2 kadardr. Nd+iyonunun

enerji seviyeleri bandlar drt seviyeli laserinki gibidir. Pompalama iin absorbsiyon bandlart

destek maddeye gre deiir ve genellikle 0.4 - 0.8m arasnda bulunur. Laser geii YAG:

Nd+ iin 1.0648m ve cam Nd+ iin 1.06m etrafndadr. Laser geiinin st seviyesinin

mr destek maddeye gre deiir. YAG in 0.3ms'dir. eitli camlarda bunun

etrafndadr. Optik bakmdan iyi homojenlikte YAG, Nd ubuklar hazrlamak mmkndr.

Cam ubuklarn hazrlanmas daha gtr.

Srekli ileyiler iin pompalama Tungsten lamba iie gerekletirilir.

Yaynlanan laser demeti, kalite bakmndan gaz laserinkine yaklaabilir. Eide edilen

maksimum g 10W kadardr.

Pulsiu halde neodyme laser yakut laser gibi alr. Bununla beraber daha ok zayf

pompalama eik enerjisine sahiptir (5mm apnda, 5cm uzunluunda bir ubuk kullanldnda

YAG:Ndiin 2 Ws ve cam iin 5 Ws).

3.2. GAZ LASERLER

lk laser aratrclarnn gvenle gazlara ynelmesi doaldr. nk gazlarn ou

etkin bir laser olay meydana getirebilmek iin gerekli olan iki karakteristik zellii

gsterirler: iddetli ve ince spektral izgiler ve farkl enerji seviyelerinde eit olmayan

emisyon sreleri.

Verimlerin yksek oluu, dalga boyu seimlerindeki geni evre koullarndan

bamszlk, kta ideal bir k kayna durumuna yaklam ile gaz laserler en faydal ve

kullanltl bir laser tipidir. Gaz laserler, laser etkisinin grldenerji seviyelerine gre

farkl tiptedirler. Atomik gaz laserlerde ntr bir atomun iki seviyesi arasndaki elektronik

gei kullanlr. yonik gaz laserlerde iyonize bir atomun iki seviyesi arasndaki elektronik

geiten faydalanr.

37

8/7/2019 LASERLER

38/107

Laserin esas, faydalanlabilir bir poplasyon inversiyonunu meydana

ge ti reb il mek i i n yet er li ener ji ver ebi len bi r pom pal ama si st em in i

gerekletirebilmektir. lk gaz laserde problem, bir gaz yerine iki gaz karm

kullanlmtr. Bunlardan biri enerji verebilecek ekilde dieri de amplifkasyon salayacakekilde alrlar. Aktif blgenin uyarm gaz laserin ounda dearj ile gerekletirilir.

Dearj yksek enerjili elektronlar ile arpma, atom ve molekllerle hatta iyonize gaz

faserde iyonlam atomlara elektronik uyarm verir, dorudan doruya uyarmda (birinci

tr) dearj, aktif gaz zerinde etkili olur. Dolayl uyarmda (ikinci tr) ise dearj, nce aktif

gaza ilave edilmi olan gaz zerinde etkili olur. Burada enerjisini arpma ile aktif gaza

aktarr. lave gaz ile aktif gazn uyartlm enerji seviyeleri yakndr.

arpma ile enerji aktarm etkili bir ekilde gerekleir. Bir gaz iindeki atomun,

yksek bir enerji seviyesine uyartiabildii en arpc mekanizma, birinci ve ikinci tr

arpmadr. Birinci tr arpma yksek enerji elektronun temel haldeki bir atomla

etkilemesini gerektirir. Elektronun arpmas, onun enerjisinin bir ksmnn atomla

aktarlmasna neden olur. Bu halde geen olay aadaki denklem ile ifade edilir:

A + e1 = A*+e1

Burada A atomun temel halini; A' ise uyartlm halini belirtir. Elektronun

arpmasndan nceki ve sonraki enerjileri e1ve e2 ile gsterilmektedir. kinci tr arpma,

uyartlma sonucu metastabil bir seviyede bulunan bir atomun, bir baka elementin temel

haldeki atom ile arpmas d ir. Bu metastabil haldeki atomdan uyartlmam durumda

bulunan atoma enerji geii olur. Bylece bu atom da uyartlm olur. kinci bir arpma,

Al+ A2* = A1*+ A2

ile ifade edilir.

A1uyartlmam atom, A2enerjisini arpma ile kaybeden atomun temel hali, yldzl

olanlar da her iki atomun uyartlm halleridir.

Gaz aserleri koharent bir k kaynadr. Genel olarak bir gaz laseri;

38

8/7/2019 LASERLER

39/107

a) Ik oaltlmasnn yapld dearj tp.

b) Yksek yanstci olan bir ift aynadan oluur.

3.2.a. Helyum - Neon (He-Ne) Laseri

Helyum- Neon laserin sistemi ksmdan oluur Gaz dearjnn elde edildii plazma

tp ile (ular Brevvster asnda kesilmi) iki kresel aynann karlkl konmasndan oluan

kavuk, uyarma ileminin yapld gerilimi ayarl (5kV - 40mA) doru akm fdc) g

kayna, vakum ve gaz sistemidir.

Gaz, plazma tp ierisinde tutulur ve doru akm g kayna ile uyarlr. Plazma

tpnn ap zerinde maksimum bir limit vardr. Plazma tp, 9mm d 3mm i apnda,

420mm uzunluunda pyrex camdan yaplmtr. Plazma tpnn ular Brevvster asnda

kesilmi ve Brevvster pencereleriyle kapatlmtr. nk n geli dzleminde lineer

polarize edilmi k Brevvster penceresinde en az kayba sahip ktr. Ayna olarak da

erilik yarap R=60cm olan kresel aynalar kullanlmtr. Bu aynalar %99.9 yanstcla,

%0.1 geirgenlie, %97 yanstcla ve %3 geirgenlie sahip dielektrik tabaka ile kaplanm

aynalardr.

39

8/7/2019 LASERLER

40/107

Pratikte, n ileri geri bir takm yansmalarla bir duran datga oluturmas iin yan

gaz dz veya ukur paralel iki ayna arasna yerletirilir. Aynalar arasndaki atomlarn foton

yaymn bu duran dalga uyartn Aynalardan birisi yan gmlenerek veya baka bir dzenle

enerjinin bir ksm demet halinde darya braklabilir. Uyarlm haldeki atom sayssrekli olarak ayakta tutulursa duran dalgann enerjisi, atomlarn sald fotonlarla srekli

olarak beslenir.

Helyum-Neon laserinde ilk uyarma, gaza iyonlatrc bir elektrik alan

uygulanarak bir elektrik boalmas salamasyla yaplr. Bir miktar atom iyonlar, boalma

akmn iyonlama sonucu ortaya kan elektronlar yol boyunca gaz atomlarna arpar ve

onlar yksek enerji dzeylerine karabilirler. Bu arpma duran dalgay uygun bir

genlikte tutmak iin gereken uyarlm atm saysn vermekten uzaktr Elektronlarn yol

at bu uyarmalar istenen belli dzeylere yneltecek bir yol bulunmas genellikle

zorunludur. Bu problem, He-Ne laserinde enerji dzeyleri ile zlmtr.

Tipik bir He-Ne laserinde 10mm basncnda He. 0.1 mm basncnda Ne

bulunmaktadr. Elektronlar ekil-16'da grld gibi He atomlarnn bir ksmn 2s

durumuna, bir ksmn da bir alayan gibi du duruma dnmek zere daha yksek enerji

durumlarna kartr. Byfe bir dzeye karlarak uyarlm bir atom, normal olarak hemen

20.61 eV'luk bir foton salarak taban haline dnerdi. Fakat burada bir seim kuralnn temeli

asal momentumun korunumudur. Yrngesi asal momentumun hem taban

durumundaki hem de uyarlm dzeydeki deeri sfrdr.

40

8/7/2019 LASERLER

41/107

Buna gre en azndan bir birimlik asal momentumu alp gtrmesi gereken bir fotonun

salnma olana bulunmayacaktr. Foton salarak kararl bir hale gei yapmann

yasakland enerjiye KARASIZ DURUM denir.

Bununla birlikte He atomlar baka bir yolla enerji kaybeder. Helyum'un 2$ enerji

dzeyinin Neon'da da ayn ile bulunmas, uyarlm bir Helyum atomu le Neon arasnda bir

arpma olunca Helyum taban haline dneek, Neon ise uyartlm bir dzeye ykseltilecektir.

Neon'un bu yeni hali yine kararszdr, seme kural nedeni ile Neon atomu taban durumuna

deil, fakat grlen 3p dzeyine geebilir ki bu iaserin olumas iin gerekti bir geitir. En

sonunda Neon atomlar 3p durumundan ma ile kararsz 3s durumuna ve buradan da iinde

bulunduklar kabn eperlerine arparak 2p durumuna dnerler. 3p->3s geiinin abuk

olmasnn aserin olumas bakmndan nemi vardr. 3p durumunda bulunan atomlarn

saysnda nemli bir art olursa, bunlarn laser nm sourma o derece byk olacak,

bylece aserin olumas engellenecektir.

3.2.b. Ar+ yon Laseri (Argon yon Laseri)

Gaz iyonlu laserler grnr ve ultraviyole blgede eitli laser geileri vermelerive nemli derecede srekli olarak grnr blge laser meydana getirmeleri bakmndan

farkldrlar.

He-Ne laserinden farkl olan Argon laseri bir kez iyonlam atomun iki enerji

seviyesi arasndaki geie gre alr. Bu kez iyonize olmu Argon atomlar iin, her bir

atomdan bir elektron kaldrlmas gerektiinden yksek enerjili elektronlar kullanlr. Bu

nedenle He-Ne laserinkinden farkl yapda g kaynana gerek vardr.

ekil-17'de Argon iyonunun enerji seviyesi diyagram grlyor ve grnr blgede

kullanlabilir iki dalga boyu belirtiliyor. Bu hallere bir gaz dearj iinde iki kademeli bir

ilem ile ulalr. nce ntr atom dorudan doruya elektron arpmasyla iyonlar.

Burada geen olay, denklemiyie zetlenebilir.

41

8/7/2019 LASERLER

42/107

Sonradan meydana gelen elektronik arpmalarla iyon eitli enerji seviyelerine

uyarlr. Bu uyanlmt seviyeler, ntral Argon'a gre 20eV'un stnde olduundan ve

atomun iyonlamas iin yaklak 15.8eV enerji verilmesi gerektiinden, st laser

seviyesinde yeterli poplasyonu salayabilmek ancak st enerji elektronlar ile mmkn olur.

Laser st seviyesinin boalmas, iyonun yarak temel hale gelmesinden sonra bir

elektronla birleerek temel haline dnmesi eklinde olur. Laser geilerinin st seviyelerinin

mr gei seviyelerininkinden ok daha byktr. Bu nedenle Argon laserde

amplifikasyon He-Ne lasere oranla daha byktr.

3.2.c. CO2 Laseri (Karbondioksit Laseri)

Endstriyel ve bilimsel adan en gl ve en srekli n veren laser

karbondioksit laserdir. 1964 ylnda gerekletirilmitir. Karbondioksit laser, iki ilave gaz

ihtiva eder: Azot ve Helyum. Azot'un grevi, Helyum-Neon laserde Hefyum'un grevinin

ayndr.

42

8/7/2019 LASERLER

43/107

Bu nemli karakteristikler, dier tip laserlerde: laser olaynn getii, atom ve

iyonlarnn bulunduu, ortamda farkl bir zellik tayan molekller laserin snfndan

olmasdr.

ok atomlu molekller, elektronik enerjilerinden baka farkl titreim

(vibrasyon) ve dnme (rotasyon) hallerine karlk olan ayn zamanda kuantumlanm enerji

seviyelerine de sahiptirler. Vibrasyonel enerji kuvvetlen arasndaki ayrlma elektronik enerji

seviyelerininkinden daha kktr ve farkl vibrasyonel seviye arasndaki geilerden ileri

gelen emisyonlar iinde ince bir yap meydana getirirler. Atom ve iyonfar ile

karlatrldnda molekllerin enerji seviyeleri yaps daha karktr ve kaynaktan ileri

gelir: Elektronik hareketler, vbrasyonel hareketler ve rotasyonel hareketler.

Tek atomlarda olduu gibi molekller de yksek enerji seviyelerine uyartlabilir ve bu

belirli seviyeler arasndaki geiler spektrumun belirli blgesindeki frekanslara karlk olur.

Elektronik halden bamsz olarak atomun ekirdei, denge konumu etrafnda belirli enerji

seviyelerine karlk olan vibrasyonel hareketler yapar. Ayn elektronik enerji hali iin

vibrasyonel seviyeler arasndaki ayrlma, genellikle yakn ve orta krmz tesi frekansa

karlktr ve geni aralkl enerji seviyeleri, ok sayda vibrasyonel enerji seviyelerine

yarlmtr.

Lineer bir karbondioksit molekl, karbon atomu ortada oksijen atomlar darda

olmak zere bir doru boyunca yerlemi olarak dnlebilir. Her bir halde arlk merkezi

sabit kalr. Karbondioksit molekl iin muhtemel vibrasyonel hal mevcuttur.

BKLME MODU : Oksijen atomlar, bunlarn zerinde bulunduu doruya dikey

olarak titreir.

SMETRK MOD : Oksijen atomunun her biri, doru boyunca birbirine ters ynden

titreirler.

ASMETRK MOD: ki oksijen atomu, merkezi karbon atomunun etrafnda, her biri

daima ayn ynde hareket edecek ekilde titreebilirler.

43

8/7/2019 LASERLER

44/107

Enerji seviyeleri diyagramnda azot moleklnn temel ve uyartlm halinde

gsterilmitir. Azot molekl iki atom ihtiva ettiinden sadece bir tek vibrasyonel moda

sahiptir. Laser olay yle gerekleir;

Dearjda elektronik arpmalarla azot molekl V=1 haline uyartlr. Bu olay,

eklinde ifade edilebilir.

Karbondioksitte 001 vibrasyonel seviyesi ancak 18cm uzaklkta olduu iin V-1

seviyesindeki azot molekl ile temel haldeki CO2 moleklnn arpmas sonucu bu

molekln st laser seviyesine ykseltilmesi,

bants ile ifade edilir

44

8/7/2019 LASERLER

45/107

100 vibrasyonel hal ok daha alak enerjidedir. Bu nedenle buraya enerji geii sz

konusu olamayacandan poplasyon artmas da olmaz.

001 seviyelerinin poplasyonlan 100 seviyelerininkinden fazla olmutur ve bylecelaser olaynn meydana gelmesi iin bu iki seviye arasnda poplasyon inversiyonuna yol

aan koul hazrlanm demektir. Karbondioksit molekl 10.6{im'de ma yaparak 100

seviyesine alalr. Sonra snarak temel hale dner.

3.3. DYE LASERLER (Boya Laserleri}

Sv laserler iinde en nemli olan laser, DYE laseridir. 1965 ylnda

kefedilmitir. Bu tip laserlerin en nemli zellii dalga boyunun geni bir spektral blge

iinde srekli olarak deitirilebilir olmasdr. Bunun balca nedeni, ekii-19'daki enerji

diyagramnda grld gibi boya moleklnn enerji bandlarnn ok geni olasndan

kaynaklanmaktadr. Boya maddesi deitirilmeden laser knn dalga boyu, boya

maddesine bal olarak30nm - 100nm kadar deitirilebilmektedir.

Laser geii dye moleklnn single enerji durumu 1s1 den 1s2 temel enerji

durumuna geiiyle ortaya kar. Optik pompalama in fla lambas yada ounlukla baka

bir laser Ar Laseri, Kr Laseri, Azot Laseri vb. kullanlmas durumunda molekller s1ve

so enerji bandlar arasndaki enerji farkna uygun biimde selektif olarak uyarrlar. Boyalaserler genellikle srekli dalga boyunda alacak biimde

45

8/7/2019 LASERLER

46/107

imal edilmitir. Bu tip laserler darbeli olarak alacak biimde yaplabilirler. Laserin k

gc watt dzeyindedir. Aratrma amacyla imal edilen dye laseri birka yz nvvatt

gcndedir. Bu laserler ile grnr blgenin tamamnda (0.4m - 0.7m) ve ksmen krmz

tesi blgede laser n elde etmek mmkn olabilmektedir.

3.4. YARI LETKEN LASERLER (P-N Kavakl Laserler)

Uygun band yapsna sahip olan yan letkenlerden meydana getirilen p-n eklemi

(Junction) iletim ynnde beslendiinde letkenlik bandndan valans bandna geen

elektronlar pozitif ykl boluklarla (hole) birleirler.

Elektronlarn (n-tipi yar iletkenden) boluklar ile (p-tipi yar iletkenlerde)

birlemeleri srasnda iki enerji dzeyinin enerji fark foton olarak yaynlanr.

Yan iletken laserierde, rezonatr aynalar, dzgn biimde kesilen kristal

yzeyleridir. Burada hava ile yar letken kristalinin yan yzeyleri arasndaki krlma indisi

fark gerekli yansmay yaratmak iin yeterlidir.

Bu laserler860nm - 900nm dalga boyu blgesinde ma yaparlar ve gleri mvratt

dzeyindedir. Yar iletken olarak GaAs, PbSn, SeTe, ZnSSe kristalleri kullanlabilmektedir.

Laser diyotlar kk boyutlu, ok ucuz ve pratik laserler olup, zellikle haberlemetekniinde kullanlmaktadr.

46

8/7/2019 LASERLER

47/107

B) GAZ LAZERLER:

Gaz laserleri aadaki gibi snflandrabiliriz.

a. Atom laserler:i) Asal gaz (He,Kr,Ne,Ar,Xe)

ii) Metal buhar (Pb,Sn,Zn,Cd)

b. yon laserler:. Asal elementli (He, Kr, Ne, Ar, Xe). Metal buharl (Pb, Sn, Zn, Cd,Cu,Ti)

c. Molekl laserler: (CO, CO2, N2, CH3F, )

Silindirik cam veya kuartz tp ierisine yerletirilen asal gazlar, gaz karmlar

ve metal buharlar gaz laserlerini retmek iin kullanlrlar. Gaz laserlerultraviyole k, elektron tabancas, elektrik akm ve kimyasal reaksiyonlarkullanlarak pompalanmaktadr. Helyum-Neon gaz laseri yksek frekans sabitlii

47

8/7/2019 LASERLER

48/107

(saf rengi ) ve en az dalma olan n demetine sahiptir. Karbondioksit laseri(dalga boyu 10,6m.) tesirli ve srekli g alnabilen laserdir.

a-i) Asal Gaz Lazerler

Helium Neon LaserActive Medium: 90% He, 10% Ne, 10 torr gasPumping: Electrical dischargeOutput Wavelength: 632nm, 1.15m & 3.39m(select by mirror choice)Typical power levels: 1-10mWCost: 100'sLaser Type: 4 level, inhomogeneousIn the He-Ne laser, the population inversion is created

between two energy levels in the neon atoms.Similar to many other systems pumped by electricaldischarge, the neon is excited indirectly.Energy level diagram for He-Ne laser

48

8/7/2019 LASERLER

49/107

Argon Ion LaserActive Medium: Ionised argon atoms (gaseous)

Pumping: Electrical dischargeOutput Wavelength: Mainly 514nm and 488nmTypical power levels: 1-10WCost: 10k -100kLaser Type: 4 level, inhomogeneousIn the Ar+ laser, the population inversion is created

between two energy levels in ionised argonBecause of the high currents, a solenoid is often used tocontain the plasma in the centre of the tube, away from

the walls. Discs within the tube acts as heat exchangersand the whole tube is cooled with a water jacket (lowpower lasers can be air cooled)

49

8/7/2019 LASERLER

50/107

b-ii) Metal Buhar Lazerleri:

Copper Vapour LaserActive Medium: Copper vapour at 1500C

in a neon buffer gasPumping: Electric dischargeOutput Wavelength: 578nm and 510nmTypical power levels: up 50W average powerCost: 10'skLaser Type: 4 level, but metastable lowerlaser level, inhomogeneousSolid copper is heated in an oven to 1500C, the vapour

pressure is 0.1 torr.

Titanium Sapphire LaserActive Medium: Ti (3+) ion in sapphire hostPumping: OpticalOutput Wavelength: 700nm - 900nmTypical power levels: up to 1W CWCost: 10'sk + pump sourceLaser Type: 4 level, homogeneous

C) SIVI BOYA LAZERLER: (Rhodamine 6G, 4-methylum belliferone, vb)

Sv Laserler organik boyalarn solventler ierisinde seyreltilerek yaplan

solsyonlardan olumutur. Sv Laserler her hangi bir laser kayna ileenerjilendirilerek meydana getirilebilir. Dierlerine gre en nemli fark ise tekbir dalga boyu yerine kullanlan maddeye bal olarak belirli bir spektrumdaistenen dalga boyuna ayarlanarak almasdr. rnek olarak en nemli bilinensolsyon Rhodamine 6G dr. Az asidik bir solsyon olan 4-methylum belliferone0,391mden 0,567mye kadar olan spektrumda dalga yaymaktadr. Birmonokromatr zerinden geirilerek eitli maddelerin analizlerini yapmaktakullanlr

Boya Lazer (Dye Laser)Active Medium: Organic dyes in liquid solvent(e.g. Rhodamine 6G)

50

8/7/2019 LASERLER

51/107

Pumping: OpticalOutput Wavelength: 350nm - 900nm(with 10 different dyes)Typical power levels: up to 1W CW

Cost: 10'sk + pump sourceLaser Type: 4 level, homogeneous

4. LASER UYGULAMALARI

Laserler; endstride, bilimsel aratrmalarda, haberlemede, tp ve askerialanlarda gn getike daha da nemli olmaktadr. Bu konulardaki uygulamalara

birka rnek vermek gerekirse;

Endstride:

Her trl malzemeyi ok hassas bir ekilde kesme, delme, eritme,lehimleme ve ekil verme ilemleri ,

Mikroelektronikte direnlerin aktif veya pasif olarak 0,01% hassasiyetinderetilmeleri,

Chip retiminde hat kalnlklarnn 0,25 mden az olarakdesenlendirilmesi ,

Yeni maddelerin analiz ilemlerinin yaplmas, Yksek ve uzun yaplarn dzgnlnn lm, Yzey sertletirmelerinde

51

8/7/2019 LASERLER

52/107

Bilimsel aratrmalarda:

ok hassas bilimsel lmlerde (k hz lm), Yerkre zerindeki hareketlerin hassas lm,

Malzemelerin kimyasal analizlerindeHaberlemede:

Yeryz ile uydular aras haberleme sistemlerinde, Dnya zerindeki haberleme anda fiber-optik sistemlerle birlikte

kullanlmas, Yksek younlukta ses ve grnt bilgileri depolanmas (compact disc,

video disc),

Tp alannda:

Zarar grm dokular keserek almak, Yaralar iyiletirmek, Kanamay durdurmak, Gz retinasnda oluan zedelenmeleri gidermek,

Askeri alanlarda:

Askeri uygulamalarda laserleri vazgeilmez yapan zellikleri ksacatanmlarsak:

Asal hassasiyet (nmlarnn dorusal ekilde olmas), Uzun mesafelere ulama (Laser gcnn yksek olmas) Mesafe lmnde hassasiyet (darbe geniliinin ok dar olmas) Selektif tespit (spektral band aralnn ok dar olmas sebebi ile) Kullanm kolayl (kk boyutta ve hafif olmalar)

BLM IV LASERN

KULLANIM ALANLARI

52

8/7/2019 LASERLER

53/107

4.1. SANAYDE LASER

Genellikle laser, metalden plastie kadar eitli maddeleri delmek, kesmek,

lehimlemek iin kullanlacak gtedir. Laserin sanayide salad kolaylklar sonsuzdur.

lenen madde iie mekanik bir kontak' olmadndan, klasik kullanma eklinde olduu gibi

aletlerin ypranmas, krlmas gibi sorun yoktur. leme tabi tutulan maddeye hibir

kuvvet uygulanmadndan, malzemenin bir yere tutturulmasnn gerekmeyii ii

kolaylatrr ve keza kat, kauuk, kuma, plastik gibi yumuak maddeler ile ilgili baz

ilemlerde laserden yararlanlr.

Laser dalga boyu mertebesinde bir boyuttaki noktaya odaklanarak duyart bir ekilde

almak mmkndr.

zerine laser n den bir madde abuk snd iin termik ynden biri zarar

grmeden ilenebilir. zellikle laseri bir noktaya kuvvetle odaklayarak eriyebilir veya

patlayabilir maddelerin yaknnda lehim yapmak mmkndr.

Laser uzak mesafelere ynlendirilebilir ve kolaylkla (aynalar vastasyla) eitli

iyerleri arasnda paylalabilir.

Laserin kullanlmas ilenen maddenin yabanc bir madde ile bulamasn nler.

Gerektiinde, laser hava. su szdrmaz, kapal bir kap iindeki ilemlerde de kullanlabilir.

Tamamlanm, kapatlm ve kusursuz lehim gerektiren elektronik tplerin iinde laser ile

tamirat yaplabilir.

ok sert (elmas) yahut krlabilir (seramik) gibi maddelerin dier metotlarlagerekletirilmeyen ilenmesi mmkn olur.

53

8/7/2019 LASERLER

54/107

4.1 .a. Laserle Kaynak lemleri

Kaynak ileminde laser ubuundan kan k kmesinin mercekler yardm ile

odaklanarak mikron dzeyinde apa tekabl eden alanlarda ok yksek enerjinin aa

karlmas kaynak ileminin esasn oluturur. Meydana gelen iaser sisteminde ayn ldeki

bir malzemenin ark kayna ile kaynatlabilmesi iin gerekli olan enerjinin 1/10'u kadar

yeterlidir. Ayrca retilen yksek enerji ile yksek erime scaklklarndan dolay dier

kaynak usulleri ile kaynatlmas olduka zor olan titanyum, nikel, tungsten, molibden,

kobalt, platin, vanadyum gibi yksek direnli maddelerin de kayna kolayca

yaplabilmektedir.

Kaynak ileminde kullanlan laser sistemleri iki grupta toplanabilir. Bunlar;

1- Yksek gte kat durum laser sistemleri

a- Ruby Laser Sistemi

b. Cam Laser Sistemi

c. Ya Laser Sistemi

2- Yksek gte gaz laser sistemleri

a. CO2 Laser Sistemib, Argon yon Laser Sistemi

4.1.b. Laserlerle Kesme lemleri

Laserle kesme ileminde iki ayr yntem uygulanr. Bunlardan biri eriterek kesmedir.

Bu yntemle kesilecek malzeme laser n ile erime scaklna kadar stlr Eriyen ve

buharlaan malzeme ma ekseni boyunca gnderilen bir gaz jileti yardm ile kesifen

malzemenin alt ksmndan atlr. Kesme ileminde hemen hemen sadece CO2 gaz laserleri

kullanlr. Bu sistem ile elik, titanyum, zirkonyum, niobiyum, tantal, nikel gibi teknikte

ok kullanlan metal ve alamlarnn kesilmesi mmkndr Ancak bakr, alminyum, pirin,

gm ve altn gibi yanstma kabiliyeti yksek malzemelerin CO2 faser sistemi ile

kesilmeleri mmkn deildir Laserle kesme ileminde kesilen blgede s tesir atannn

minimal ve kesme geniliinin kk olmasndan dolay talama, hanlama ve ilave yzey

ileme ilemlerine gerek kalmaz.

54

8/7/2019 LASERLER

55/107

4.2, HOLOGRAF

Yksek kohorent dereceli laser nn kullanm alanlarndan biri de

holografidedir. Bu yntemle cisimlerin boyutlu grntleri efde edilir. Bunun iin

cisimden yanbsyan iaser ile yine ayn kaynaktan kan bir referans demetindeki n

giriim deseni hem genlikleri hem de fazlar ile beraber bir fotoraf filmi zerine kaydedilir.

Hologram ad verilen bu film daha sonra bir kta aydnlatldnda cismin boyutlu bir

grnts oluur. Gnmzde sanat eserlerinde, reklamlarda, dergilerde, kredi kartlarnda

ve pek ok yerde hologramlar grlr olmutur. Bilim ve teknolojide holografi cisimlerin

distorsiyonun llmesi iin kullanlmaktadr. Bir cisim zerine yk bindirildiinde cismin

eklinde en ufak bir deiiklik bile olmusa, bu deiiklik cismin yk bindirilmesinden

nceki ve sonraki holografileri st ste ekilerek oluturulan hologram zerinde giriim

desenleri eklinde grlr.

4.3. TIPTA LASER UYGULAMASI

Laserin salad enerji younluu, canl dokular zerinde etkili olur. nce dokularn

snmasna, bzlmesine ve sonra k aksnn artmas halinde proteinlerin phtlamasna,

kmrlemesine ve nihayet buharlamasna neden olacak etkiler yapar. Bu farkl etkiler

kullanlan dalga boyunda az veya ok iddetli k aks iin. nlama yaplan dokunun

termik zelliine ve sourmasna bal olarak meydana gelir.

Tpta kullanlan laserler srekli Argon Laser, CO2 Laser ve yeni olarak YAG Laser

(Nd)'dir.

Laserlerin tptaki uygulamalar KBB hekimliinde grtlak ularnn cerrahisinde

(zellikle ses tellerinin iyicil urlar ve ocuk popilamatozu) CO2 laser kullanlr. Kulak

cerrahisinde ise Argon Laser kullanlr. Kadn hastalklarnda ounlukla dl yata boynu,

displazilerinde ve fallop borusu cerrahisinde CO2 laser kullanlr. Sindirim sistemi

anjiyomlar, mide ve kaln barsak kk polipleri YAG laseri ile tedavi edilir. Deri

hastalklarnda yzdeki dz anjiyomlar gidermede ve dvmeleri silmede

55

8/7/2019 LASERLER

56/107

zellikle Argon Laser kullanlr Az ve di hastalklarnda CO2 ve Helyum laserden, di

rmelerinin tedavisinde kullanlmak suretiyle yararlanlr. Laserin en nemli uygulama

alan gz ve cerrahi hastalklardadr.

Laserin cerrahi uygulamasnda karlatklar her eyi kesme zelliklerinin yannda

olduka seicidirler. Bu zellikleri laserlere hibir neterin yapamayaca bir organ veya

hcrenin d ksmna zarar vermeden ta iteki ksmlara kadar ileme zellii kazandrr.

4.4. LASER IINLARI LE UYGULAMALAR

4.4.a. Haberleme

Laser nlarnn esiz zellikten, uzak mesafelere elektrik sinyallerinin iletiminde

k dalgalarndan en yeni faydalanma yolunu mmkn klmtr. Bugn uzak mesafelere

byk hacimli mesajlarn iletilmesi iin saptanm drt elektriksel teknik vardr. Bunlardan

en eskisi kentleraras haberleme trafiinin byk bir ksmn tayan koaksyel kablo

sistemidir. Standart bir koaksiyel kablo merkezinde tekrar bakr iletkenin bulunduu 3/8 inapnda bakr bir borudur. Kablolar ekseriya 8-20 kablodan ibaret demetler halinde

toplanmlardr. Tanacak haberleme trafiinin byklne bal olarak kablo boyunca

her iki veya drt milde bir amplifikasyon salayc tehizat yerletirilmek zorundadr.

Koaksiyel kablolar normal olarak 500.000-20.000.000 Hertz frekansl radyo dalgalarn tar.

4.4.b. Enerji letimi

Laser n az bir kaypla bir enerji iletim hatt olarak kullanlr. Uygun

aralklarla yerletirilmi odaklayc mercekler yardm ile bolukta 30km'de sadece %0,05

kadarlk bir kayp olaca teorik olarak hesaplanmtr. Hesaplamalar bir laserin 1000km

uzaklkta kahve piirebiiecek ekilde odaklanabileceim gstermitir.

56

8/7/2019 LASERLER

57/107

4.4.c. Uydularn Ynfendiriimes

Laser hissedilir bir basn yapar. Bir laser kk bir yzey zerinde, santimetre

kare basnc birok kilogramlk basn meydana getirir Bir uydu yavalad zaman

bunun sonucunda yere doru ekildiinde, yerden gnderilen faser , uyduyu st

seviyeye karr.

4.5. RADAR

Laser , yansyan sinyallerin alnmak suretiyle uzakta bulunan bir cismin

uzakln, hzn, hareket ynn, bykln, yzey karakteristiini belirlemekte kolaylksalar. Gl laser impulslan, yksek frekans radarlarnda olduundan ok daha uzak

mesafelerde llebilir yansmalar meydana getirebilirler. stelik fark edilebilir, cisimlerin

boyutlar dalga boyu ile deiir 1/20.000cm dalga boyundaki bu laserlerin dalga boyudur.

Yksek frekansta tespit edilebilen daha kk cisimler belirlenebilir.

Gnmzde 160km uzaklktaki bir cismin uzakln 1/100.000 duyarllkla

llebilen telemetreler vardr. Laserlerden hz llmesinde de faydalanlr. Harekethalindeki bir cismin zerinde yansyan radyo dalgalar Doppler olay nedeniyle alcya deiik

bir frekansla gelir.

Cismin hz frekansnn deiiminden belirlenebilen optik frekanslarda, alak

frekanslarda olduundan ok daha incelikli bir ekilde llebilir. Bu nedenle laser ,

yldzlarn hzlarn incelikli bir ekilde lmek iin kullanlr.

4.6. DJTAL VE ANALOJK HESAP MAKNALARI

Laser enformasyon konusundaki ilk uygulamasn elektronik ve optik devreler tevik

eder. Bahis konusu devrelerde yar tletkenli laserlerden faydalanlr. Yksek gce ihtiya

yoktur. Sadece modlasyon kolayl ve mmkn olduu kadar az yer igal etme konular

ana problemleri tekil ederler.

57

8/7/2019 LASERLER

58/107

Byle bir sistemin en avantajl taraf, iki eleman arasnda optik balant

kurarak, elektronik sistemlerde nemsenmeyen kuplaj olaylarnn ortadan

kalkmasdr Bu optik elemanlar vastasyla elde edilecek hesap cihazlar daha kk, daha

sratli ve daha eitli iler iin kullanlmaya elverili olacaklardr. Bunun sebebi de optiksistemlerde, komitasyonun, elektronik sistemlere nazaran daha kofay ve ksa oluudur.

4.1. MHENDSLKTEK UYGULAMALARI

Mhendislikte lazerler; hassas lmler ve komptr sistem teknolojisindekullanlr. Keza lazerler; emniyet sistemleri, spor sistemleri, beyzbol ve temeleitim, grafikler, tesis izleme; kontrol, malzeme sreleri uzaktan srelerialglama gibi dier birok mhendislik safhalarnda kullanlr,

4.1.a. Uzay Teleskobu

Karm modelleri yapmak iin lazeri kullanma ksa mesafeleri ve yzeysnrlarn lme iin kullanlan en kesin metodudur. Lazerlerin oluturduukarma (interference) modeller hubble uzay teleskopunun 2.4 metre apl ilkaynasnda kullanlp nesneyi en mkemmel ve en geni izlemek iin kullanlmtr.

Uzay teleskopu Galileo teleskopu icat ettiinden beri astronomik olarak kullanlancihazlardaki en byk teknik ilerlemeyi temsil eder. Atmosferik absorbsiyon,atmosferik trblans, ehir klar ve hava kirlenmesinin kainatn geri kalanksmndan alnan nn kalitesinin etkilendii yer yz zerinde, uzayda 550 kmuzakta yrnge yapmak iin dizayn edilir.

Uzay teleskopu daha nceki sahip olunandan 10 defa net grmek iinnesneleri 50 defa daha solgun sezmek iin 7 defa daha derine grmeye imkan

salar. Bu, gemite yaplabilenden 350 defa daha byk kainat incelemeanlamna gelir. Bilim adamlar yeni problemi zmek, astronomi ve kozmolojideki

baz nemli dikkati eken problemleri zmek iin birok yeni eyi kefetmeyiumarlar.

Lazerler bu kymetli cihazn yaplmasna nemli rol oynad. Son eklinitayin eden aynann cilalanmas srasnda helyum neon lazeri ayna yzeyinde birkarm oluturacak ekilde dier eitli optik paralar kullanlmtr. Karm

modeli yaklak 25 nm'de yzey eklinin izini muhafaza iin cilalamaya imkansalar. Karm modelinden elde edilen bilgi ayna yzeyinin topografik haritasnelde etmek iin her bir cilalama adm srasnda komptre beslenir. Bu haritalar

58

8/7/2019 LASERLER

59/107

alan bozulmam net ekilleri (berrak) oluturmak ve odaklatrmak iinsahip olmalar gereken hangi ksmlarn istenilen hiperbolik eklin stnde ekildeveya altnda olduunu mhendislere gsterir. Aynann yzeyi; ayna ap olarak5000 km genilerse o kadar mkemmel olur ki yzeyi mkemmel bir hiperbolden 6

cm'den fazla ile deimez.

4.1.b. Lazer Yazclar

Dner poligon ekilli ayna gibi izleme cihaz ve bir elektroskobik modlatrveya bir akustooptikli diyot lazeri veya helyum neon kombinasyonu lazer izleyicisiolarak lazer yazclar oluur. Lazer izleyicileri resim ve karakter verilerinioluturmak veya okumak iin bir ok uygulamada kullanlr. Yksekhzl kompakt

olmayan yazclar sistemleri iaretlemede (belirlemede), mesafe bulucularda, lazerradarlarnda, fototeyp kurucularda, ubuk kodlu okuyucularda (spermarkettekilazerli kontrol okuyucu), optik tefti sistemlerinde, fotolitograflarda, optik karaktertanma sistemlerinde, gze ait oftal (opthal) mik resim yazclarda ve robotalclarda kullanlr. Lazer izleyicileri dier tip sistemlerde, fiyatta yarma halindeolan kaliteli, yksek hzda gvenirlilii salar.

4.2. LAZERLERN ENDSTRYEL UYGULAMALARI

Lazerler; imalat, malzeme ileme, tefti, ilem kontrol, kimyasal sentez vezel uygulamalar iin endstride yaygn olarak kullanlmaktadr. Malzeme ileme,delme, kesme, kaynak yapma yzey ilemine makinaya yardm gibi eylerdir. ouuygulamalar, metal ve yar iletkenlerin alanndadr. Fakat plastikler,seramikler,cam, lastik kompozitler, kat ve tahta lazer ile ilenmektedir. Endstride lazerlerinkullanm says her gn artmaktadr. Yksek gl lazerlere onlara birlikte yaplanilem ve kontrol sistemleri pahal ve komplekstir ve kullanm iin zel uzman

gerektirir. Lazer niye kullanlr? lk cevap lazerleri kullanarak daha iyi birok iinyaplabilmesidir. Gittike daha ok usul klasik metotlardan daha hzl, daha verimlifiyat olarak aa bir ii yapmak iin gelitirilmektedir. Gerekte lazerler imdidaha nce yaplamayan birok para ve bileimin imalat mmkn klmaktadr.

4.2.a. MALZEMELER LEME

imdi paralar lazer sistemlerinin ileri ileme tekniinin avantaj ileilenmekte olup bu gelitirilmektedir. Bir rnek, Amerikan otomobil reticisitarafndan gelitirilen havalandrma kompresrl bir otomobil iin debriyaj plakasve makarann bileimidir. Bu ksm performans azaltmadan arl koruyarak

59

8/7/2019 LASERLER

60/107

nceki paralar kadar arl yarya indirilir. Onun ksmlar basit metotlarlakaynatlmayan balantlar ierir. Kaynaklar 3 tane 5 kw'lk srekli lazer ile yaplr.Eriyen kaynak 1/4 in derinlie kadar, paralar arasna gerekli kontaa girer. Birkomple kaynak 10 sn'de yaplr. Bu ksmda retimin her gn 30000 adet yaplaca

dnlr.

Dier metodlar; lazer teknolojisi ile yarr fakat lazerler en ok istenenmetoddur. Elektron n kayna lazer kaynana benzer yntemleri sunar fakatelektron n sistemlerini zor srdrrler ve kaynaklanan ksmlar bir vakumda

bulunmaldr. Elektron n sistemleri; lazer kaynak yapclar iin %20-30 dahaaa zaman ile kyasla zaman %60'nda tipik olarak ilem dnda bulunup ilemsresini azaltrlar.

CO2 ve Nd:YAG lazerleri; kesme, kaynak, iaretleme ve tavlama gibimalzeme ileme ilerinde stndr. CO2 lazerleri, en yaygn endstriyel lazerdir.zellikle ok yksek gl uygulamalar iin byledir. Kesme ve ar elii kaynaketme amac iin 20-30 kw blgesinde CO2 lazerleri istenir. Bu g seviyeleri 2.5cm kadar olan elii ileyebilir (bu kalnlktaki elik). Kullanlan imdi en gls,Sunny Vale, Kaliforniya, Westing House lazer merkezindeki kullanlan AvcoEverett tarafndan yaplan 25 kvv'lk CO2 lazeridir. Cihaz ve g cihazlaryla byle

bir lazer kk bir binaya konamayacak kadar byktr. Byk ve nemli lazersistemleri Alberta niversitesi elektrik mhendislii blmnde 20 kw gl ticariCO2 lazerini kontrol etmeye kolay, ucuz, daha kompakt oluturacak ileri hareketegeirme teknikleri uygular. Bir kw'dan daha az gerektiren uygulamal iin ya CO2ya da Nd:Yag lazerleri kullanlr. Seim zel uygulamaya, lazere, kontrolsistemlerine ve fiyata baldr. Lazerler yalnz deildir. Prosesi kontrol ederek,teslimi (iletim) kontrol ederek almas ksmna lazer n vermenin bir yoluolmaldr. Mikro komptr ve robot gibi iki nemli cihaz bu ilemleri yapar. zel

programlanm mikro kompitrler ou endstriyel lazer sistemlerinin nemli bir

ksmdr. Kontrol ve ilemi yaplan ksmlarn ve lazerin zamanlamas iinkullanlr. Paralar yerine hareket etmeli, lazer aktif olmal, para veya lazer n,ilemi yapmak iin gerekli hassasiyet ile uygun modelde hareket etmelidir velazerin aktivitesi bozulmaldr ve ksm hareketk etmelidir, bylece bir sonra yerinehareket edebilir. Robot kollar ve eitli pozisyon cihazlar mikro komptr ilekontrol edilir ve lazer nn hareket ettirmek iin kullanlr veya ii yaptrlacakksm hareket ettirilir. Robot kolu, elektrik cihazlar, alclar, motor ve mekanikcihazlarn zenli bileiminden ibarettir. Kollar; kark ve zenli manevralar

yapacak gtedir. Robot kollar allan parayla megulken ve tam dorudurumda odaklanan lazer enerjisini srdrrken lazer enerjisi robot kolu boyunca

60

8/7/2019 LASERLER

61/107

yneltilmi olmaldr. Ortalama g 20-30 W'dan daha az olan uygulamalar iinfiberoptik kablolar kullanlabilir. Fiberoptikler CO2 lazerleri iin kullanlamazlar.Zira yapldklar cam 10.6 mikrometre radyasyonu yaymazlar. k gc 30-40W'dan daha az olan CO2 lazerleri iin bklgen i yansmal dalga klavuzu ad

verilen bir tip kullanlabilir. Yksek gl uygulamalar iin mafsall optik kollariindeki yanstma prizmalar lazer enerjisini vermek iin kullanlmaldr.

ok byk ve ar nesneler ilendiinde lazer n hareket ettirmek dahakolaydr. Nesneler kk ve iki tarafta veya daire evresi etrafnda ilem yaplmasgerektiinde nesneyi hareket ettirmek daha kolaydr. Dier zamanlarda verilen birmodelde kesmek ve kaynatmak iin nn ileri geri hareket ettirildii vemalzemenin lazer sisteminden geirildii yerdeki srekli ilem durumunda olduugibi lazer n ve ilemi yaplan nesneyi hareket ettirmek ajantajldr. Giyimreticileri ayn zamanda kuman birok tabakasnda modelleri kesmek iin busistemi kullanrlar. Lazer temiz, net kesim yapar, bylece kesinlikle kontroledilebilir ve bozmaz ve kuma kaydrmaz.

Yeni imal edilen 800 W'hk CO2 lazeri 500-1000 W aralkta k olan dierlazerlerin boyutlarnn 1/10'udur. Optik iletim sistemlerinin kayplar vekarmakln azaltarak dorudan robot kolda montesi uygun olabilir.Malzemelerin lazer ilemlerini; klasik ekilde ilemin zor olduu veya zayf

sonularn elde edildii yerde veya zel isteklerin olduu yerdeki durumlardagenellikle kullanlr. Lazerlerin geni kullanma alanlarndan birisi de kkcihazlarn imalatndadr (mikro imalat). Lazer mikrometrenin birka onunakadar odaklanabilir ve pozisyonu birka mikrometreden daha az snrda kontroledilebilir. Bu ok kk nesnelerin bazlar mikroskopta baklmay gerektiren;delinebilmesi, kesilebilmesi ve gvenilemez hassasiyete kaynaklanabilmesianlamndadr. Delikler ve kesilen yzeyler dz ve temizdir ve dzelmegerektirmez. Lazer ok sert malzemelerin ilenmesi iin zellikle kymetlidir, bu

malzemeler sertletirilmi elik nikel bileikleri ve titanyum bileikleridir.

4.2.b. KAYNAK YAPMA

Lazerler mikro devrelerden ar elie kadar her eyi kaynaklayabilir. Enbyk kaynak lazerleri srekli olarak 20-30 KW k gcndedir. Kayna tamnoktada stldnda ve para ile hibir temas yapmadndan ve bylece hibir

basn uygulamadndan lazer kayna hibir dolgu maddesi gerektirmez ve

bozunmay azaltr. Lokalize edilmi s ekseriye daha kuvvetli, daha gvenilirkaynaklar yapar ve kaynak ii ok hassas ve dorudur. Mesela cerrah testere

61

8/7/2019 LASERLER

62/107

baklar; gz cerrahisinde kullanlan cihazlar, lazer ile kendi saplarna kaynatlr.Bu cihazlarn herbiri olduka hassas kontroll, gvenilir kaynaklar gerektirir. ABDdonanmas gemi inaatna yardm iin bir byk kaynak tesisi ina etti. Bu tesisar elikten yaplan byk gemi paralarn kaynaklama gcndedir. Tesis gemi

inaatnda tasarruf salamaktadr. Zira el ile yaplandan daha hzl ve daha iyikaynak yaplabilmektedir.

4.2.c.TIPTAK UYGULAMALARI

Lazer uygulamalarnda beklenmeyen bir gelime tp dnyasmdadr. Dikkatlekontrol edilen lazer n klasik cerrahideki gibi olmayp zedelerin ve hassasolmayan beyindeki tmrleri uzaklatrr. Argon lazer nlar kan durduracak ince

damarlar phtlatrmak iin ve yerinde yrtlan retina dokusuna kaynak yapmakiin gz retinasnda odaklanabilir. CO2 lazerleri kanamay durdurarak veenfeksiyona kar koyarak dokuyu kesme yerine neter ile kullanlr. Argon,Yd:YAG ve eksimer lazerleri kalp damarlarndaki birikmeyi uzaklatrmak iinkullanlmaktadr. Zaten yzbinlerce insan tbbi yntemlerdeki dzensizlik vegelien daha az acya katland ve tpta lazerin kullanmnda hayatlar korundu.Gelecekte tbbi yntemlerin byk yzdesi lazerleri ierecektir. Daha fazla yntemklasik tedavinin zor olduu imkansz olduu hatta yan etkilerin olduu durumlardalazerlere uygulamak iin bulunmaktadr. yi bir rnek gzn tedavisi olanoftamalojidir.

Lazerin en yaygn tbbi uygulamalarndan biri beyine sinirsel arpmalareklinde imajlar gnderen ve alan gzn gerisindeki hassas dokudan ibaretolan retinann tedavisidir. Retina olduka hassas ve kolayca hasar grebilir. Yapsince dokulu kat gibidir. Cihazlarla retinann fiziksel olarak el ile tedavisi hasarolmas nedeniyle byk riskli olduundan dikkatle yaplmaldr. Fakat retinayaodaklanan dk gl argon lazeri; yrtk, ayrlm veya hasarlanm dokular

yerine retinal doku olarak nokta kayna yapabilir. Lazer bir baka yol ileetkilenecek ekilde ok zor olan bir proses olarak retinadaki kanamay durduracakkk kan damarlarnn phtlamasn salar. Lazer yntemi hibir cerrahi eygerektirmez. Doktorun muayenehanesinde yaplabilir. Hzl, verimli, emniyetlidirve hasta ayn gn taburcu olabilir. Hastann rahat salanr ve hastane masrafgerektirmez. Hasta iin lazerlerin kullanmlar t bbi yntemler iin

basitletirilmitir ve verimlilikleri artmtr ve rahatszlklar azalmtr. Doktor iinlazer yntemleri basitletirilmitir ve daha az zaman gerekir. Fakat yeni cihazlarn

kullanm iin eitilmesi gerekir ve phesiz doktor veya hasta dier hastanecihazlar gibi pahal olduunda uzun sreli ilem fiyatn azaltan lazer cihazlar gibi

62

8/7/2019 LASERLER

63/107

pahal olduunda uzun sreli ilem fiyatn azaltan lazer cihazn satn alacak gteolmaldr.

Tpta en yaygn kullanlan lazerler srekli alan CO2 ve Nd:Yag ve argon

lazerleridir. Bunlar imdi yedekleri salamakta ve belki arpmal Yd:YAG diotlazerleri ile yer deitirmektedir, en nemli eksimer lazerleridir. CO2 lazerleritmr gibi beklenmeyen ktlelerin buharlamas iin ve neterin kullanmdurumunda yerine geerek dokuyu kesme iin esas olarak kullanlyor. Klasikanlamda lazer ile kesmenin nemli avantaj enfeksiyonun nlenmesi, kolay grme,daha az komplikasyon ve hasta iin iyileme zaman ile sonulanr. CO2 avantajou dokularnlO.6 mikrometrede optik absorpsiyona sahip olmas ve kolayca

buharlamasdr. ki nemli dezavantaj vardr. CGVyi nakletmezler ve sadece bir

zel bklr dalga klavuzu gelitirilmitir. Hatta bu 30 blmde bir lmlbklmenin %40'n kaybeder. CCVnin ikinci dezavantaj dokuyu yakar ve hasarile sonulanr. Keza CO2 lazer radyasyonu kan ile iyice absorbe olur ve bundandolay dier lazerler gibi phtlamay msaade etmez.

Argon lazeri dokunun kesilmesi uzaklatrlmas iin keza kullanlr fakatkanamay durduracak phtlama iin daha faydaldr. Ik ile phtlama foto

phtlama olarak isimlendirilir. Kandaki krmz pigment, hemoglobin, argon dalga boyunu absorbe eder. ou dokular CO2'ye olduundan daha az organlaabsorbentdirler. Bylece argon lazer daha derine dalar ve daha fazla salr.Argon lazer CCVnin yapabildiinden daha kk noktaya odaklanabilir.Bylece mikro cerrahide gz ve beyin gibi blgelerde faydaldr. Argon lazernn dezavantajlar ou dokular iin dk absorbe edicidir ve lazerin dketkilerindendir. Dk etkinlik byk giri gc ve soumay gerektiren iri vetanamayan sistemi gerektirir. Baz tbbi uygulamalarda kullanlan argon lazerleri28 kw kadar srekli gce sahiptir. Byk giri gl ve soutma ihtiyallazerlerdir. Daha iyi lazer cihazlar gelitirilmekte olduundan argon lazeriargona

ok yakn olan bir k dalga boyuna sahip arpmal modda alabilen daha kkve daha kompt sistemlerde daha fazla gc oluturulabilen ift frekansl Nd:YAGile yer deitirmektedir. CO2 zerinde argon ve Nd:YAG'nn zel bir avantaj

bklebilir fiberoptik kablolar ile n kendi dalga boyunu kolaycaverebilmelilerdir.

Nd:YAG'n ou kesim ve doku uzaklatrma uygulamalarndakullanlabilir. Fakat CCVden daha az absorbsiyon yznden (dokudaki) azck

dezavantajldr. Fakat CCVden daha iyi phtlamaya sebep olabilir ve bundandolay birok kan damarl tmrler ve damarsal tmrleri uzaklatrmada daha

63

8/7/2019 LASERLER

64/107

iyidir. Yeni uygulamalar lazer kilitli Q anahtar modunda bulunduunda Nd:Yagiin gelitirilmektedir. eviren sahay hasarlama ve ok yakmadan yksek glksa arpmalar dokuyu daha temiz uzaklatrr. Kilitli mod Q anahtar Nd:YAGlazer, Almanya da gelitirilen birok oftamalojik problemlerin baarl tedavisinde

kullanlmaktadr. Lazer 30 sn sre ile 30 piko saniyelik 4 mili joule'lk arpmalarverir. Temiz ve kontroll olarak gzn iris, lens ve korneasnn eitli alanlarndadokular uzaklatrr. Tbbi alandaki en son gelime eksimer lazeridir. Dierlazerler zerinde de birka avantajndan birisi de zellikle nemlidir. Eksimerleriniddetli ksa dalga boylu k ndan bir ka mikrometreden daha fazla kuatansahay kesinlikle hasarlamadan temizce uzaklatrabilir. Ksa dalga boyluradyasyon fotonlar daha fazla enerjiye sahiptir. Bu fotonlar organik dokunun uzunkompleks molekllerine arptklar zaman iyonize gazlarn oluumu ileneticelenerek molekllerin kimyasal ban kracak yeterli enerjiye sahiptirler. Builem foto ile bozunma veya foto dalma olarak isimlendirilir ve bitiik sahalarhasarlayarak snma olmadan molekllerin paraland esas olarak ayrlr.

Birka excimer lazeri imdi ticari olarak mevcuttur. Birok tbbi alanda velabaratuvarda aratrlmaktadr. Eksimer lazerlerinin iki nemli dezavantaj vardr.Kullandklar gazlarn zellikle emniyetli bir snrlamas yaplarak ilem odasndazararl olduu sylenir. Bir baka problem tmr bymeleri gibi uygulamalardasonulanarak salkl hcrelerde ultraviole radyasyonun S kromozomlar

bozabilmesidir. Diod lazerlerin deki gelimeler tptaki kullanm iin potansiyelleriniartrmaktadr. ok kk kompakt ve etkin olduklar iin onlara bal tbbicihazlarda kullanmak ve altrmak daha kolaydr. Daha stabildirler veteknisyenler tarafndan sabit ayarlama istemezler. Daha etkili olduklar iin daha azg isterler. Fiberoptik kablolarla lazer enerjisini verecek kadar daha kolay ve dahaverimlidirler. Diot lazerleri bir tuz tanesi kadar olabildii iin ihtiya olduu yerdehasta vcudundaki bir noktaya lazer gnderilebilir.

Balant sralamasnda 2.5 W kadar ve tek bir balantda 50 mw olmas ilefiberoptii kullanan mikro foto phtlama mikro cerrahi ve endoskopilerdekullanlr. Gelimekte olan daha gl lazerlerle tptaki kullanmlarnda yakndadier lazerlerin yerini almaya balayabilir. Dier lazerler ile ideal verimlilik ezamanl iki dalgay kul.lanarak birini kesme dieri phtlatrmak iin eldeedilecektir. Diot lazerleri allmakta olan dokunun zel tipine gre k dalga

boyunda olan lazerleri retimin imkann salar, sonu olarak kesme vephtlatrmada verimli olacaktr. Grnr diot lazeri erindeki gelimeler bunlar

yerine argon lazerlerinin yerini almas imkan salar bylece daha basit ve dahakk cihazlar kullanmann faydalarn salar. Oda scaklnda altrlan

64

8/7/2019 LASERLER

65/107

arpmal grnr diot lazerleri ift hetero balantlar ile iridyum galyumalminyum fosfatta gelitirilmitir. 660 nm'de altrlr. Fakat grnr drtlazerleri genellikle mevcut olmadan nce byk gelimeler vardr.

Ik yayan diotlar ve lazer diotlarmn bir uygulamas tmrlerinfotoradyasyon tedavisidir, daha byk k gleri mevcut olduunda fiberoptikkablolar ve endoskopilerle tmre dorudan verme uygunluu foto radyasyontedavisinin tmre kar kullanld yerde zellikle zerinde allmaz tmrleredaha okartl kullanmay salar. Bu uygulama cm2 g younluunda 25-100 mvg gerektirir ve santimetre karede 50 mv g bir birine yakn olan k yayardiotlarla baarlabilir.

4.4. LAZERLERN HABERLEMEDEK UYGULAMALARI

Lazerler haberlemede iki nemli ekilde kullanlmaktadr. lki optikfiberlerin kullanm ikincisi atmosfer ve uzaydan yaylmasdr. Optik fiberlelehaberleme hzlca byyen bir alandr ve diot lazerlerinin byk biruygulamasdr. Teknik gelimeler yle hzl olmaktadr ki fiber optik sistemleriimdi klasik tel hattndan daha kk ve daha ucuz olan bir kablodan daha fazla

bilgiyi gnderir. Daha fazla bilgi yannda fiber optikler klasik hatlarda olduu gibielektriksel giriime konu deildir. Savunma (ordu) iin nemli bilgiyi dinleyecekkadar iyi deildirler fakat elektrik sistemlerdeki gibi sinyalin harici yaylmasyoktur. ap olarak birka mm olabilen bir fiberoptik mkablo 1.000.000 telefonkonumas yaplabilecei zaman gn daha yakn olur. Lazere dayal sistemleratmosferden dorudan doruya transmisyon ile haberleme iin kullanlr. Hava veatmosferik artlara bal deildir ve bundan dolay fiberoptik sistemler kadargvenilir deildir. Savunma (ordu) deniz suyunun en iyi transmisyona sahip olduuyerdeki spektrumun mavi yeil blgesinde yaylan lazerleri kullanan denizaltlar

iin haberleme sistemlerini gelitirmektedir. lerine bir gn yerde ve uzaydakiayna ve uydular kullanan lazerler denizalt gemileri ses ve haberlemeleri tayanlazer nlarn nakledeceklerdir.

4.5. FBEROPTKLER

Fiberoptiklerin geliimi 1960'n sonlarnda balad. stesinden gelinecek ilk

problem azalmadr. Bu fiberden getii zaman bu sinyalin absorbsiyonudur. Buproblem zlse de fiber optik sistemler dier faktrlerle snrldr. Laboratuvar

65

8/7/2019 LASERLER

66/107

gsterileri imdi sinyali gstermeden imdi sinyali ykseltmeden 160 km optiksinyallerin gnderilmesinin mmkn olduunu gsterir. Fiberoptik ses ve verihaberleme sistemleri dnya apnda gvenilir olan telefon ve haberlemeirketlerince bunlar ABD ngiltere Almanya'da ve Japonya'da gelimekte ve hzla

denmektedir. Blgesel istasyonlar ve yakn ehirler arasndaki telefonhaberlemesini ayn blgesel alan a iin ou kullanmaktadr. AT ve T 1000kadar tm ABD yi saracak kadar fiberoptik a planlanmtr.

Uzun mesafelerde optik sinyaller tama iin bir fiberin almas toplum iyansmaya dahildir. Fiberoptikler optik malzemenin farkl tipinin ince bir tabakasile sarlan optik malzemenin uzun dar merkezi ekirdeinden ibarettir. D tabakakaplanm olarak belirtilir. Bir fiberoptiin paralarm gsterir diyagram ekil 14'te

veriliyor. ekirdek malzeme kapldan daha yksek yansma indeksine sahip olandaha az youn malzeme olup daha youndur. k yayan diot (led) veya diot lazerdengelen bir optik sinyal fiberin ucundan girdii zaman toplam ii yansma yzndenekirdekte kalmaya ynelir ve bundan dolay sezilebildii ve kullanlabildiiyerdeki dier uca nakledilecektir.

66

8/7/2019 LASERLER

67/107

Fiberoptik haberleme sisteminin basit bir diyagram ekil 14'tegsterilmitir. Telefon haberlemesinden ibaret olabilen sinyaller bilgisayar verikanallar veya TV yaynlan birlikte multipeks olur (elektronik olarak tek sinyale

balanan) ve bir led veya bir diod lazerini glendire