Bütün fotonlar
aynı anda, aynı yönde
Uyarılmış emisyon yolu ile aynı fazlı, eşit frekanslı, eşit enerjili ve aynı yönlü fotonları oluşturan ışık kaynağına laser denir. Sıradan bir ampul her yöne, her renkte, rastgele ışır. Laser bunun tam tersi: tek renk, tek yön, tek faz. Barkoddan göz ameliyatına, CD’den füzyon araştırmalarına kadar her şey bu düzenden çıkıyor.
Bir atomda üst enerji seviyesinde bulunan elektronların sayısı daha alt enerji seviyesinde bulunan elektronların sayısından fazla olursa bu duruma yarı kararlı durum denir.
Uyarılmış bir atomun elektronları yaklaşık 10⁻⁸ s sonunda ışıma yaparak temel hâle döner. Bu, düzensiz ve rastgele bir ışımadır.
Bu durumda elektronların kendiliğinden ışıma yapmalarına fırsat vermeden aynı anda tüm elektronların temel hâle inmesi sağlandığında aynı enerjiye sahip ışımalar aynı anda gerçekleşir. Bütün mesele bu “aynı anda”dır — laser ışığının tek renkli ve aynı fazlı olmasının sebebi budur.
Elektronların dışarıdan gönderilen fotonlarla etkileşime girerek daha kararlı alt yörüngelere geçmesi durumuna uyarılmış emisyon denir. LASER ışığı bu şekilde oluşmaktadır.
Uyarılmış emisyonun olması için gönderilen fotonun enerjisi iki yörünge arasındaki enerji farkı kadar olmalıdır. Yani gönderilen fotonun enerjisi Efoton = E₃ − E₂ olur.
Üst enerji seviyesindeki elektronların sayısı alt seviyedekinden fazlayken Efoton enerjili fotonlar gönderildiğinde, E₃ seviyesindeki elektronların E₂ seviyesine inmeleri sağlanır. Bu olay, alt enerji seviyesindeki elektronların sayısı üst enerji seviyesindeki elektronların sayısından fazla oluncaya kadar devam eder. Yani süreç, yarı kararlı durum bozulduğunda kendiliğinden sona erer.
Laser kelimesi, “Uyarılmış Emisyon Yoluyla Işığın Şiddetlendirilmesi” anlamına gelen İngilizce ifadenin baş harflerinden oluşmuştur. Laser, atomların enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişleri ile oluşan ışımalara dayanır.
LASER ortamı, kaynağın türüne göre katı, sıvı veya gaz maddeler içerir.
Bu ortama dışarıdan verilen enerji (ışık, elektrik deşarjı veya radyo dalgaları gibi) atomları uyararak elektronların üst enerji seviyelerine çıkmasını sağlar. Kısa bir süre sonra elektronlar eski yörüngelerine dönerken ışıma yapar.
Bu ışımalar, tam yansıtıcı ve yarı geçirgen aynalar arasında yansıyarak diğer atomları da uyarır ve ışıma yapmalarına neden olur.
Aynalar arasında yansıyan ışının enerjisi artar ve belirli bir seviyeye ulaştığında yarı yansıtıcı yüzeyden geçerek LASER ışığını oluşturur. Yani bir uçtaki ayna ışığı tamamen geri gönderir, diğer uçtaki ayna yeterince güçlenen ışığı dışarı bırakır.
Aşağıdaki simülasyonda solda normal bir ışık kaynağı, sağda laser var. İkisinin de aynı noktadan çıkan ışığını izle: renk, yön ve dağılma bakımından fark hemen görünüyor.
| Ölçüt | Normal ışık | Laser ışını |
|---|---|---|
| Renk | Farklı frekanslarda fotonlar — çok renkli | Aynı frekans ve fazda fotonlar — tek renkli |
| Yayılma | Her yöne dağılır | Dağılmaz, sapma miktarı çok az |
| Faz | Rastgele fazlar | Aynı faz |
| Işıma biçimi | Kendiliğinden ışıma (yaklaşık 10⁻⁸ s sonunda, düzensiz) | Uyarılmış emisyon — aynı anda |
| Doğa olaylarından etkilenme | Etkilenir | Etkilenir — yağmur, kar, sis vb. |
Sınavda “laser ışını hiçbir şeyden etkilenmez” gibi bir seçenek görürsen at: laser ışını atmosferik doğa olaylarından (yağmur, kar, sis vb.) etkilenir. İkinci ayrıntı da şu: dağılmaz demek hiç sapmaz demek değil — metin “sapma miktarı oldukça az” diyor ve yönleri değiştirilebilir diye ekliyor.
Bilim ve teknolojide birçok araştırmanın yürütülmesinde, ölçme, kontrol, uzaktan programlı kontrollerinde, dataların kaydedilmesinde ve iletilmesinde LASER kullanılmaktadır. Laserler uzay araştırmalarında ve evrenin keşfi sürecinde önemli bir araçtır. Laser teknolojisi; astronomi, uzaktan algılama ve uzay iletişimi gibi birçok alanda ileri araştırmaların gerçekleştirilmesini sağlar.
Laser kaynağı, kesim, delme, kaynak ve lehimleme işlemlerinde sanayide sıkça kullanılmaktadır. Otomobil, uçak, gemi, makine sanayisinde, çelik konstrüksiyonlarında LASER kaynağı tercih edilmektedir.
Laserler ayrıca malzeme yüzeylerinin çok ince tabaka ile kaplanmasında kullanılır. Lazer 3D yazıcılar ile üç boyutlu karmaşık parçaların imalatı yapılabilmektedir.
Laserler, mesafe, alan ve hacim ölçümlerini çok kısa sürede, temassız ve büyük hassasiyetle yapabilmektedir. Kara, deniz ve hava araçlarının hız tespiti LASER radarlarıyla gerçekleştirilir.
Alışveriş merkezleri ve lojistik sistemlerde barkod okuma için kullanılır. Ayrıca katı, sıvı ve gaz maddelerin içerik analizlerinde, malzeme tanılarında ve fiziksel-kimyasal büyüklüklerin tespitinde de LASER tercih edilir.
Laserler, tıpta ve kozmetikte birçok hastalığın tanı ve tedavisinde yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Ameliyatlar, LASER sayesinde daha basit ve kansız gerçekleşir, hasta kısa sürede iyileşir.
Eskiden tedavisi mümkün olmayan beyin tümörleri gibi hastalıklar günümüzde LASER ile tedavi edilebilmektedir. Ülkemizde LASER; kozmetik, epilasyon, estetik, güzellik merkezlerinde ben, leke, siğil, akne tedavilerinde ve cilt bakımlarında yoğun olarak kullanılır. Diş tedavisinde implant, dolgu, diş eti hastalıklarında ve göz hastalıklarında görme bozukluklarının tedavisinde başarıyla uygulanır.
CD ve DVD çalarlarda, blue-ray okuyucularda lazer ışığı kullanılır. Tarihî mekânların siluetlerinin ışıklandırılmasında ve eğlence mekânlarındaki lazerli ışık gösterilerinde lazer kullanılmaktadır.
Açık hava reklamcılığında, yönlendirme levhaları ve tabela yapımında LASER kullanılmaktadır. Metal, pvc levha, ahşap, alüminyum panel gibi birçok reklam malzemesine LASER baskı, LASER oyma, LASER kesim işlemleri uygulanabilmektedir.
LASER teknolojisi; verilerin ve sinyallerin iletilmesi, CD, DVD ve bilgisayar gibi cihazlara kaydedilmesi, yazıcılarda basılması, verilerin değerlendirilmesi ve analizinde kullanılmaktadır.
Ayrıca iki ve üç boyutlu tarama ile karmaşık model parçaların üretimi LASER ile yapılmaktadır. LASER teknolojisindeki gelişmeler, nanoteknolojik elektronik devreler ve mekanizmaların 10⁻⁹ m boyutlarında geliştirilmesine olanak sağlamaktadır.
LASER teknolojisi, ses ve görüntü iletiminde kayıpsız ve yüksek kaliteli performans sağlaması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yüksek kapasiteli iletim: 4 GHz’lik laserli taşıyıcı frekans sistemleri, aynı anda 1.000 telefon görüşmesini gerçekleştirebilir ve büyük veri hacimlerini aynı anda taşıyabilir. Telekomünikasyon altyapısı, optik fiber ağlar, kablosuz iletişim ve uydu sistemlerinde kullanılır.
Uydu iletişimi: Laserler, uydu iletişim sistemlerinde veri transferi için kullanılır ve uzak mesafelerde düşük sinyal kaybı ile yüksek veri transfer hızı sağlar. Laser ışığı, düşük hata oranı ve yüksek bant genişliği sunarak ses ve görüntü sinyallerini kayıpsız ve yüksek kalitede iletir.
Marketten çıkarken, internet kullanırken, diş hekiminde… Aşağıdaki dokuz sahne bu ünitenin fiziğini senin gününden anlatıyor.
Kasadaki kırmızı ışık barkod okuma işidir ve laserle yapılır. Işın dağılmadığı için ince siyah beyaz çizgileri ayırt edebiliyor; sıradan bir el feneri bunu yapamaz. Alışveriş merkezleri ve lojistik sistemlerde aynı teknoloji kullanılır.
Sınıfta sunum yaparken kullandığın işaretçinin noktası metrelerce ötede hâlâ küçük bir nokta olarak kalır — çünkü laser normal ışın gibi dağılmaz, sapma miktarı oldukça azdır. Ayrıca tek renklidir; rengi laserin cinsine göre değişir.
Evine gelen fiber internet optik fiber ağlarda laser kullanır. 4 GHz’lik laserli taşıyıcı frekans sistemleri aynı anda 1.000 telefon görüşmesini taşıyabiliyor. Videonun donmadan açılmasının teknik adı yüksek bant genişliği ve düşük hata oranı.
Diş tedavisinde implant, dolgu ve diş eti hastalıklarında laser kullanılıyor. Ameliyatların laserle daha basit ve kansız geçmesinin, hastanın kısa sürede iyileşmesinin sebebi ışının çok dar bir bölgeye yoğunlaşabilmesi.
Göz hastalıklarında görme bozukluklarının tedavisinde laser başarıyla uygulanır. Aynı teknoloji ben, leke, siğil, akne tedavilerinde ve epilasyonda da kullanılıyor.
Sahnedeki keskin renkli ışın demetleri laser gösterisidir. Tarihî mekânların siluetlerinin ışıklandırılmasında da kullanılır. Sisli havada ışının yolunun görünmesi tesadüf değil — laser atmosferik doğa olaylarından etkilenir.
Evdeki kutuda duran CD’ler, DVD’ler ve blue-ray diskler lazer ışığıyla okunur. Aynı teknoloji verilerin cihazlara kaydedilmesinde ve yazıcılarda basılmasında da kullanılıyor.
Kulüp standı için yaptırdığınız ahşap ya da pleksi tabelaya LASER baskı, LASER oyma ve LASER kesim uygulanır. Metal, pvc levha, ahşap, alüminyum panel gibi malzemelerin hepsi bu yolla işlenebiliyor.
Kara, deniz ve hava araçlarının hız tespiti LASER radarlarıyla gerçekleştirilir. Laserler mesafe, alan ve hacim ölçümlerini çok kısa sürede, temassız ve büyük hassasiyetle yapabildiği için inşaat ölçümlerinde de tercih ediliyor.
46 soruluk test · yarı kararlı durum ve uyarılmış emisyon, E foton = E₃ − E₂ enerji şartı, tam yansıtıcı ve yarı geçirgen aynalarla laser üretimi, laser ışınının dört özelliği, malzeme işlemeden enerjiye sekiz kullanım alanı
Bir atomda üst enerji seviyesinde bulunan elektronların sayısı, daha alt enerji seviyesinde bulunanların sayısından fazla olursa bu duruma yarı kararlı durum denir.
Uyarılmış bir atomun elektronları yaklaşık 10⁻⁸ s sonunda ışıma yaparak temel hâle döner. Kendiliğinden ışımaya fırsat vermeden tüm elektronların aynı anda inmesi sağlanırsa aynı enerjili ışımalar aynı anda gerçekleşir. Elektronların dışarıdan gönderilen fotonlarla etkileşime girerek daha kararlı alt yörüngelere geçmesi durumuna uyarılmış emisyon denir; LASER ışığı bu şekilde oluşur.
Gönderilen fotonun enerjisi iki yörünge arasındaki enerji farkı kadar olmalıdır: Efoton = E₃ − E₂. Olay, alt seviyedeki elektron sayısı üst seviyedekinden fazla oluncaya kadar devam eder.
Laser kelimesi “Uyarılmış Emisyon Yoluyla Işığın Şiddetlendirilmesi” anlamına gelen İngilizce ifadenin baş harflerinden oluşur. Uyarılmış emisyon yolu ile aynı fazlı, eşit frekanslı, eşit enerjili ve aynı yönlü fotonları oluşturan ışık kaynağına laser denir.
LASER ortamı katı, sıvı veya gaz maddeler içerir. Dışarıdan verilen enerji (ışık, elektrik deşarjı veya radyo dalgaları) atomları uyarır. Işımalar tam yansıtıcı ve yarı geçirgen aynalar arasında yansıyarak diğer atomları da uyarır; enerji artınca yarı yansıtıcı yüzeyden geçerek LASER ışığını oluşturur.
Tek renklidir (aynı frekans ve fazda fotonlar; renk laserin cinsine göre değişir), dağılmaz (sapma miktarı az, yönü değiştirilebilir), yüksek enerjili olanlar delme, kesme, kaynak yapabilir ve atmosferik doğa olaylarından (yağmur, kar, sis) etkilenir.
Malzeme: kesim, delme, kaynak, lehimleme; otomobil, uçak, gemi, makine sanayisi; ince tabaka kaplama; lazer 3D yazıcı. Ölçüm: temassız ve hassas mesafe-alan-hacim ölçümü, hız tespiti (laser radarı), barkod okuma, içerik analizi. Tıp: kansız ameliyat, beyin tümörü, epilasyon ve cilt tedavileri, diş ve göz uygulamaları.
Gösteri ve reklam: CD/DVD/blue-ray, ışık gösterileri, LASER baskı-oyma- kesim. Savunma: hedef tespiti, mesafe ölçümü, mayın ve kaçak tespiti, program kontrollü silahlar. Veri ve nanobilim: veri iletimi ve kaydı, 3B tarama, 10⁻⁹ m boyutunda devre geliştirme. İletişim: 4 GHz taşıyıcı ile aynı anda 1.000 telefon görüşmesi, optik fiber, uydu iletişimi. Enerji: güneş paneli verimi, nükleer füzyonun tetiklenmesi, kablosuz enerji iletimi, temiz enerji teknolojileri.