Lazerlerin Üretimi

Lazerlerin Üretimi
Lazerlerin üretimi, Einstein tarafından 1916 yılında "kendiliğinden ve uyarılmış emisyon" teorisiyle önerilmiştir. Bu teori, modern lazer sistemlerinin fiziksel temelini oluşturmaktadır. Fotonlar ve atomlar arasındaki etkileşim üç geçiş sürecine yol açabilir: uyarılmış soğurma, kendiliğinden emisyon ve uyarılmış emisyon. Uyarılmış emisyon sürdürülebilir ve kararlı olduğu sürece lazerler elde edilebilir. Bu nedenle, özel cihazlar – lazerler – üretilmelidir. Bir lazerin yapısı genellikle üç ana parçadan oluşur: çalışma maddesi, uyarıcı cihaz ve optik rezonatör.

1. Çalışma maddesi

Lazerde lazer ışığı üretebilen maddeye çalışma maddesi denir. Normal şartlar altında, maddenin her enerji seviyesindeki atom sayılarının dağılımı normal dağılımdır. Daha düşük enerji seviyesindeki atom sayısı her zaman daha yüksek enerji seviyesindekinden daha fazladır. Bu nedenle, ışık normal haldeki ışık yayan maddeden geçerken, emilim süreci baskındır ve ışık her zaman zayıflar. Işık yayan maddeden geçtikten sonra ışığın güçlenmesini ve ışık yükseltmesini sağlamak için, uyarılmış emisyonun baskın hale getirilmesi gerekir. Daha yüksek enerji seviyesindeki atom sayısının daha düşük enerji seviyesindekinden daha fazla olması, bu dağılımın normal dağılımın tersi olması anlamına gelir ve buna parçacık sayısı ters çevrilmesi denir.
2. Uyarı Cihazı
Uyarıcı cihazın işlevi, daha düşük bir enerji seviyesindeki atomları daha yüksek bir enerji seviyesine uyararak, çalışma maddesinin parçacık sayısı tersine çevrilmesini sağlamaktır. Maddenin enerji seviyeleri, temel durum ve uyarılmış durumun yanı sıra bir de metastabil durumu içerir. Metastabil durum, temel durumdan daha az kararlı, ancak uyarılmış durumdan çok daha kararlıdır. Göreceli olarak, atomlar metastabil durumda daha uzun süre kalabilirler. Örneğin, yakuttaki krom iyonlarının (Cr3+) 10-3 saniye mertebesinde bir ömrü olan bir metastabil durumu vardır. Çalışma maddesi uyarıldıktan ve parçacık sayısı tersine çevrildikten sonra, başlangıçta, kendiliğinden yayılan fotonların farklı yayılma yönleri nedeniyle, uyarılmış radyasyon fotonları da farklı yayılma yönlerine sahiptir ve çıkış ve emilimde birçok kayıp olur; kararlı lazer çıkışı üretilemez. Uyarılan radyasyonun, çalışma maddesinin sınırlı hacmi içinde varlığını sürdürebilmesi için, ışığın seçimi ve yükseltilmesini sağlayacak bir optik rezonatöre ihtiyaç duyulmaktadır.
3. Optik Rezonatör
Bu, çalışma maddesinin her iki ucuna, ana eksene dik olarak yerleştirilmiş, birbirine paralel iki yansıtıcı aynadan oluşur. Bir uç tam yansıtıcı aynadır (%100 yansıtma oranıyla), diğer uç ise kısmen saydam ve kısmen yansıtıcı aynadır (%90 ila %99 yansıtma oranıyla).
Rezonatörün işlevleri şunlardır: ① optik yükseltmeyi üretmek ve sürdürmek; ② çıkış ışığının yönünü seçmek; ③ çıkış ışığının dalga boyunu seçmek. Belirli bir çalışma maddesi için, çeşitli faktörler nedeniyle, gerçekte yayılan ışığın dalga boyu benzersiz değildir ve spektrumun belirli bir genişliği vardır. Rezonatör, frekans seçme rolü oynayarak lazerin monokromatikliğini iyileştirebilir.