Lazer, uyarılmış radyasyon yükseltmesi ve gerekli geri besleme yoluyla doğrusal, monokromatik, tutarlı ışık demetleri üretme sürecini ve aracını ifade eder. Temel olarak, lazer üretimi üç unsur gerektirir: bir "rezonatör", bir "kazanç ortamı" ve bir "pompalama kaynağı".
A. İlke
Bir atomun hareket durumu farklı enerji seviyelerine ayrılabilir ve atom yüksek bir enerji seviyesinden düşük bir enerji seviyesine geçtiğinde, karşılık gelen enerjiye sahip fotonlar yayar (spontan radyasyon olarak adlandırılır). Benzer şekilde, bir foton bir enerji seviyesi sistemine çarptığında ve onun tarafından emildiğinde, atomun düşük bir enerji seviyesinden yüksek bir enerji seviyesine geçmesine neden olur (uyarılmış soğurma olarak adlandırılır); daha sonra, daha yüksek enerji seviyelerine geçen atomların bazıları daha düşük enerji seviyelerine geçer ve foton yayar (uyarılmış radyasyon olarak adlandırılır). Bu hareketler izole olarak değil, genellikle paralel olarak gerçekleşir. Uygun bir ortam, rezonatör, yeterli dış elektrik alanı gibi bir koşul oluşturduğumuzda, uyarılmış radyasyon, uyarılmış soğurmadan daha fazla olacak şekilde yükseltilir ve genel olarak fotonlar yayılır, bu da lazer ışığına neden olur.
B. Sınıflandırma
Lazerin üretildiği ortama göre lazer, sıvı lazer, gaz lazer ve katı hal lazer olarak sınıflandırılabilir. Günümüzde en yaygın yarı iletken lazer, bir tür katı hal lazeridir.
C. Kompozisyon
Çoğu lazer üç bölümden oluşur: uyarıcı sistem, lazer malzemesi ve optik rezonatör. Uyarıcı sistemler, ışık, elektrik veya kimyasal enerji üreten cihazlardır. Şu anda kullanılan başlıca uyarıcı araçlar ışık, elektrik veya kimyasal reaksiyondur. Lazer malzemeleri, yakut, berilyum camı, neon gazı, yarı iletkenler, organik boyalar vb. gibi lazer ışığı üretebilen maddelerdir. Optik rezonans kontrolünün rolü, çıkan lazerin parlaklığını artırmak, lazerin dalga boyunu ve yönünü ayarlamak ve seçmektir.
D. Başvuru
Lazer, başta fiber optik iletişim, lazer mesafe ölçümü, lazer kesim, lazer silahları, lazer disk vb. olmak üzere yaygın olarak kullanılmaktadır.
E. Tarih
1958'de Amerikalı bilim insanları Xiaoluo ve Townes, sihirli bir olgu keşfettiler: İç aydınlatma ampulünden yayılan ışığı nadir toprak kristaline tuttuklarında, kristalin molekülleri parlak, her zaman birlikte güçlü bir ışık yayıyorlardı. Bu olguya dayanarak, "lazer prensibi"ni öne sürdüler; yani, bir madde moleküllerinin doğal salınım frekansıyla aynı enerjiyle uyarıldığında, dağılmayan bu güçlü ışığı - lazeri - üretecektir. Bunun için önemli makaleler buldular.
Sciolo ve Townes'ın araştırma sonuçlarının yayınlanmasının ardından, çeşitli ülkelerden bilim insanları çeşitli deneysel planlar önerdiler, ancak başarılı olamadılar. 15 Mayıs 1960'ta, Kaliforniya'daki Hughes Laboratuvarı'nda çalışan bilim insanı Mayman, 0,6943 mikron dalga boyuna sahip bir lazer elde ettiğini duyurdu; bu, insanlar tarafından elde edilen ilk lazerdi ve Mayman böylece lazerleri pratik alana sokan ilk bilim insanı oldu.
7 Temmuz 1960'ta Mayman, dünyanın ilk lazerinin doğuşunu duyurdu. Mayman'ın yöntemi, yüksek yoğunluklu bir flaş tüpü kullanarak yakut kristalindeki krom atomlarını uyararak, belirli bir noktaya ateşlendiğinde güneş yüzeyinden daha yüksek bir sıcaklığa ulaşabilen çok yoğun, ince bir kırmızı ışık sütunu üretmekti.
Sovyet bilim insanı H. G. Basov, 1960 yılında yarı iletken lazeri icat etti. Yarı iletken lazerin yapısı genellikle çift heterojunction oluşturan P katmanı, N katmanı ve aktif katmandan oluşur. Özellikleri şunlardır: küçük boyut, yüksek bağlantı verimliliği, hızlı tepki hızı, optik fiber boyutuna uygun dalga boyu ve boyut, doğrudan modüle edilebilme, iyi tutarlılık.
Altıncı olarak, lazerin başlıca uygulama alanlarından bazıları şunlardır:
F. Lazer iletişimi
Günümüzde bilgi iletmek için ışık kullanmak çok yaygın. Örneğin, gemiler iletişim için ışık kullanır ve trafik ışıkları kırmızı, sarı ve yeşil renkleri kullanır. Ancak sıradan ışık kullanarak bilgi iletmenin tüm bu yolları yalnızca kısa mesafelerle sınırlıdır. Işık yoluyla uzak yerlere doğrudan bilgi iletmek istiyorsanız, sıradan ışık kullanamazsınız, yalnızca lazer kullanabilirsiniz.
Peki lazeri nasıl iletiyorsunuz? Elektriğin bakır teller üzerinden iletilebildiğini biliyoruz, ancak ışık sıradan metal teller üzerinden iletilemez. Bu amaçla bilim insanları, optik fiber olarak adlandırılan ve ışığı iletebilen bir filament geliştirdiler. Optik fiber, özel cam malzemelerden yapılmıştır, çapı insan saçından daha incedir, genellikle 50 ila 150 mikron arasındadır ve çok yumuşaktır.
Aslında, fiberin iç çekirdeği yüksek kırılma indisine sahip şeffaf optik camdan, dış kaplaması ise düşük kırılma indisine sahip cam veya plastikten yapılmıştır. Bu yapı, bir yandan, tıpkı su borusunda suyun ileri doğru akması gibi, ışığın iç çekirdek boyunca kırılmasını ve elektriğin telde ileri doğru iletilmesini sağlar; binlerce kıvrım ve dönüş olsa bile hiçbir etkisi olmaz. Öte yandan, düşük kırılma indisine sahip kaplama, tıpkı su borusunun sızdırmaması ve telin yalıtım tabakasının elektriği iletmemesi gibi, ışığın dışarı sızmasını önler.
Optik fiberin ortaya çıkışı, ışığın iletim yöntemini çözmüştür, ancak bu, herhangi bir ışığın çok uzak mesafelere iletilebileceği anlamına gelmez. Sadece yüksek parlaklık, saf renk, iyi yönlendirme özelliğine sahip lazer, bilgi iletmek için en ideal ışık kaynağıdır; fiberin bir ucundan girer, neredeyse hiç kayıp olmaz ve diğer ucundan çıkar. Bu nedenle, optik iletişim esasen lazer iletişimidir ve büyük kapasite, yüksek kalite, geniş malzeme kaynağı, güçlü gizlilik, dayanıklılık vb. avantajlara sahiptir ve bilim insanları tarafından iletişim alanında bir devrim olarak nitelendirilmiş ve teknolojik devrimin en parlak başarılarından biri olarak kabul edilmiştir.
Yayın tarihi: 29 Haz-2023