Lazer Işını Nedir, Ne İşe Yarar?

Lazer ışını, uyarılmış ışınım emisyonu ile ışık amplifikasyonudur. Kaynaklar, kesimler, yüzey işlemleri, delme işlemlerini geleneksel yöntemlerden daha etkili ve hızlı bir şekilde gerçekleştirmesine izin verir.

Temel olarak makine mühendisliği ve malzeme işleme ile ilgili bilim dallarının çoğunda çok yararlı bir araçtır.

Lazer (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Nedir?

Fiber optik kablolar, verileri çok hızlı gönderebildikleri için veri ağlarında çokça kullanılır.

Bu kablolar hassas tellerden yapılmıştır. Gönderdiğimiz veriyi temsil eden ışık darbeleri, kablo boyunca ilerlemek için bu şeritler boyunca hareket eder.

Tarihi

Lazer 1960 yılında icat edildiğinde insanlar onu ne için kullanacaklarını bilmiyorlardı. “Lazer” kelimesi, uyarılmış emisyon adı verilen bir şeyi kullanarak sabit bir ışık huzmesi oluşturan cihazları tanımlar. Albert Einstein bu fikri 1916’da ortaya attı, ancak 1960’ta ilk lazeri yapan Theodore Maiman’dı.

Her türlü şekilde kullanılan çok sayıda farklı lazer türü vardır. En yaygın olanları atomlarla veya molekül gruplarıyla çalışır. Bu, popülasyonun ters çevrilmesi adı verilen ve ışık ışınını oluşturan bir şey yaratır. Bu katılarda, sıvılarda, gazlarda ve hatta plazmada gerçekleşebilir.

Ayrıca lazerler katı hal, boya, gaz veya yarı iletken diyot lazerler gibi kategorilere ayrılabilir. Albert Einstein’ın 1916’daki çalışması lazer fikrini başlattı ve Max Planck’ın radyasyon yasasını kullandı. 1953’te Charles H. Townes ve öğrencileri, görünür ışık üreten lazerlerden farklı olarak mikrodalga fırlatan ilk şeyi yaptılar.

Lazerin geliştirilmesi sırasında birçok önemli olay yaşandı. 1917’de Einstein, lazer ışınlarına yol açan uyarılmış emisyon adı verilen bir şeyden bahsetti. 1947’de Rutherford ve Lamb ilk kez lazer ışığını gösterdiler. Daha sonra 1951’de Townes ve ekibi maseri yaptı ve 1964’te Nobel Ödülü’nü aldı.

1958’de Townes ve Schawlow, lazerlerin nasıl kullanılabileceğine dair kapsamlı bir makale yazdılar. Daha sonra 1960 yılında Stevenson ve Sorokin, keşiflerine dayanarak ilk uranyum lazerini yaptılar. 1962’de yarı iletken lazerler icat edildi. Bilim insanları galyum arsenit (GaA) adı verilen bir tür yarı iletkenin elektriği ışığa dönüştürebildiğini buldu.

1969’da lazerler ilk kez fabrikalarda araba yapımında sacları kaynaklamak için kullanıldı. Daha sonra 1980 yılında Hull Üniversitesi’ndeki fizikçiler x-ışını lazerlerinin nasıl yapılacağını keşfettiler. 1985 yılında verileri okumak için düşük güçlü lazerlerin kullanıldığı ilk CD’ler satıldı. Bu, müzik çalarların yapımına yardımcı oldu ve telefonlar ve İnternet gibi şeyler için çok sayıda yarı iletken lazerin ortaya çıkmasına yol açtı.

Nihayet 2003 yılında lazer tarama başladı. Bu, British Museum gibi yerlerin sanal sergilere sahip olmasına olanak tanıyor. Ayrıca DVD’lere veya CD’lere çok sayıda veri yerleştirmeyi de mümkün kıldı.

Lazer Işını Özellikleri

Monokromatik ışık, bir dalga boyunda elektromanyetik radyasyon yayar. Sıradan ampullerin aksine çok fazla dalga boyu yaymaz, dolayısıyla ısı üretmez.

Işığın dalga boyu rengini belirler. Beyaz ışık tüm renkleri içerir ve görülmesi kolaydır.

Lazer ışınları sabit ve hassas özelliklere sahiptir. Enerji kaybetmeden uzun mesafelere gidebilirler.

Bu onları Dünya ile Ay arasındaki mesafeyi ölçmek için kullanışlı kılar. Doğru ölçümler almak için Ay’a bir lazer ışını gönderilir.

Bir lazer ışını aynı faza, frekansa ve genliğe sahiptir. Dolayısıyla bir arada kalır ve düz bir çizgide hareket eder.

Lazer Nasıl Oluşur?

Lazerler, lazeri oluşturan aktif ortam adı verilen bir şeyden yapılır. Dört ana şey gerçekleşir: lazer ışınını oluşturmak, pompalamak, kendiliğinden emisyon ve emilim.

Pompalamada enerji sağlamak için lamba veya elektrik akımı gibi bir kaynak kullanılır. Bu, emisyon adı verilen bir şeyin gerçekleşmesini sağlar. Kendiliğinden emisyon, elektronların normal durumuna geri dönmesidir. Farklı yönlere ışık saçıyorlar.

Bu, ışığın tamamen aynı olmamasına neden olur. Uyarılmış emisyon, dışarıdaki bir şey lazer ortamının tepki vermesini sağladığında meydana gelir. Bu, heyecanlı atomların ışık yaymasını ve normale dönmesini sağlar. Buna dışarıdan gelen enerji neden oluyor.

Yayılan ışık faz, enerji ve yön bakımından dışarıdaki ışığa benzer. Bu, lazer ışınını özel kılar. Tutarlı ve hepsi aynı renkte. Ayrıca, heyecanlı bir atoma her çarptığında daha fazla ışık yayar.

Atomlar daha fazla enerji alarak daha fazla ışık yaymalarını sağlar.

Lazer Işını Çeşitleri

1) Ruby Laser/Yakut

1960 yılında Theodore Maiman tarafından üretilen ilk lazer, aktif ortam olarak sentetik bir yakut kristali kullandı.

Yakut, Al2O3 alüminyum oksit kristalleri tarafından oluşturulan ve yaklaşık% 0.05 oranında krom oksit Cr2O3 safsızlıklarının küçük bir konsantrasyonunu içeren bir taştır.

Krom oksidin varlığı, krom oksit konsantrasyonu arttığında berrak, saf alüminyum oksit kristalinin pembeye dönmesine ve kırmızımsı hale gelmesine neden olur.

Bir lazerde kullanılan yakut tarafından benimsenen tipik geometrik şekil yarıçapı 1 ila 15 mm ve birkaç santimetre uzunluğunda silindirik çubuklardır.

2) Helyum-Neon

Helyum-Neon, inşa edilen ilk gaz lazeriydi ve bugün hala çok faydalı ve çok sık kullanılıyor.

Bu lazerin aktif merkezleri neon atomlarıdır, fakat bunların uyarılması helyum atomları aracılığıyla yapılır.

Bu lazerler için tipik bir He-Ne karışımı, bir kısım neondan yedi kısım helyum içerir.

3) İyonize Argon

Uyarılmış gaz seviyeleri arasındaki radyoaktif geçişler 1960’lara dayanmaktadır.

İyonize argon lazerler, elektromanyetik spektrumun mavi-yeşil bölgesindeki yoğun emisyon çizgileri ve ondan elde edilebilen yüksek güçleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.

4) CO2 Karbon Dioksit

CO2 karbon dioksit lazeri, moleküler lazerlerin en önemli örneği diyebiliriz. Bu lazerdeki aktif ortam, karbondioksit (CO2), azot (N2) ve helyum (He) karışımıdır, ancak geçişler CO2’nin enerji seviyelerinde gerçekleştirilir.

5) CO2 Dinamik Gaz

Dinamik bir gaz lazeri ile geleneksel bir CO2 arasındaki temel fark kullanılan pompalama yöntemidir.

Dinamik gaz lazerleri, rezonatör boşluğuna akan önceden ısıtılmış bir gaz karışımının hızla soğutulmasıyla üretilir.

Yüksek güçleri sayesinde sağlayabilen, bazı endüstriyel uygulamalar için önemli bir alternatif haline gelmiştir.

6) Organik Sıvı Çözelti

Bu tip lazerlerdeki aktif ortam, organik bileşiklerin çözüldüğü, ikincisi hidrokarbonlar ve bunların türevleri olarak anlaşılan sıvılardan oluşur.

Bunlar optik olarak pompalanır ve en önemli özelliklerinden biri geniş dalga boyu bantlarında ayarlanabilir olmalarıdır.

7) Yarı İletken

1962’deki buluşlarından bu yana birçok bilimsel-teknolojik uygulamada kullanılan yarı iletken lazerler, günümüzde mevcut olan en verimli, en ucuz ve en küçük lazerlerdir.

8) Serbest Elektron

Daha önce görülen tüm sistemler, operasyonlarını, aktif bir atomik veya moleküler ortamda elde edilen popülasyonun tersine çevrilmesi üzerine temellendirir.

Bu nedenle, lazerin yaydığı dalga boyu kaçınılmaz olarak ışınım boşluğunda bulunan aktif merkezlerle, yani adı geçen ortamın atomlarına veya moleküllerine izin verilen enerji geçişleriyle belirlenir.

Serbest elektronlar tarafından uyarılan ışının emisyonuna dayanan belirli enerji geçişlerinin varlığına tabi olmadığından ve dolayısıyla spektrumun herhangi bir dalga boyunda elektromanyetik ışını üretebileceğinden, daha önce görülen lazerlerin sınırlamalarına sahip değildir.

Bu türe, aktif ortam olarak ışığın hızına yakın bir hızla hareket eden bir elektron ışını kullandığı için göreli bir elektron ışını denir.

Bir serbest elektron lazerini, göreceli bir elektron ışınının kinetik enerjisini lazer ışınına dönüştüren bir araçtır.

Lazer Nerelerde Kullanılır?

Büyük ışın gücü ile ışık ışınının belirli özellikleri nedeniyle, kontrollü ve lokal bir enerji kaynağının gerekli olduğu birçok uygulamada kullanılır.

Bu ilk farklılaştırma faktörüne otomatik kontrol ve düzenlemenin kolaylığı sayesinde, etrafındaki malzemenin özelliklerin de değişiklik ve boyut önemlidir.

Tıp Alanı

Tıpta, bitişik dokulara az zarar vererek bazı hastalık türlerinin önlenmesinde etkin olarak kullanılmaktadır.

Bu nedenle, ortamındaki sağlıklı dokuların tahriş ve iltihaplanması açısından çok az yan etki üretir ve aynı zamanda cerrahi aletler gerekli olmadığından tam sterilizasyon sağlar ve lokal anestezi altında hemen hemen tüm cilt kusurlarını gidermekte kullanılır.

Bilgisayar Alanı

Bu sistemlerinin yaygın uygulamaları arasında, barkod okuyucu, optik depolama, CD veya DVD diskleri üzerindeki dijital bilgilerin yazılmasında ve okunmasında kullanılır.

Başka bir örnek ise fotokopi makineleri ve yazıcılar veya fiber optik iletişimde kullanılır.

Holografi Alanı

Holografi, üç boyutlu görüntüler sağlamak için ve ayrıca kredi kartları için bir güvenlik sistemi olarak kullanılır.

Holografide dalgalar uzayda örtüşür ve yıkıcı paraziti iptal etmek veya fazlar arasındaki ilişkiye dayanarak toplanmak için birleşir.

Fotonlar arasındaki ilişki nedeniyle, lazerler interferometreler ve hologramlar tarafından kullanılır.

Makine Alanı

Endüstriyel dünyada, her türlü malzemede bu teknolojilerin kullanımı önemli ilerlemeler kaydetmiştir.

Malzemelerin işlenmesinde çok iyi bir tepki verdiği için neredeyse tüm branşlarda kullanılır.

Makine alanında kısaca şu işler gerçeleştirilebilir: kaynak yapma, yüzeysel onarım, yüzey dizaynı, yüzey kaplama, laser kesimi, delme ve işaretleme.

Kaynak Alanı

Metalik malzemeler üzerinde çok çeşitli kaynak işlemlerinde kullanılabilir.

Otomotiv endüstrisinde başlangıçta yüzeysel, termal iletkenliğin ve ışının dağılımının bir fonksiyonu olarak ince sacların birleşiminde kullanılır.

Bazı kullanımlarda dolgu malzemesinin kullanılmasına gerek olmaması, işlem kontrolünün esnekliği ve kolaylığı, lazeri, diğer tekniklerle işlenmesi zor malzemeler üzerindeki kaynak uygulamaları için güçlü bir araç haline getirir.

Kullanılan kaynak, kaynak yapılacak malzemelerin türüne bağlıdır ve 1 mm’den 10 mm’ye kadar parçalar üzerinde yapılabilir.

Ek olarak bu kategoriye hafif alaşımlı kaynak, altın kaynağı ve plastik malzeme kaynağı uygulamaları eklenebilir.

Yüzey Onarım Alanı

Yüzey onarım işlemleri, hem mekanik özellikleri hem de korozyon direnci açısından, bir malzemenin yüzey özelliklerini değiştirmeyi içerir.

Bu durum, yüksek ısı emme ve yeterli iletken ısı yayma kapasitesine sahip metalik malzemeler için de geçerlidir. Bu işlemler iki ve üç boyutlu yüksek güçlü kaynaklar ile gerçekleştirilir.

Ana malzeme ile etkileşimi en aza indirmesine ve parçalar üzerinde iyileştirilmiş özellikler ekleyerek daha uzun ömürlü kullanım oluşturmak için kullanılır.

Yüzey alaşımı, aşınma veya korozyona karşı termal ve mekanik özelliklerini geliştirmek için parçaların yüzeyinde alaşımlar oluşturur.

Yüksek güçlü bir lazerin metalik veya metalik olmayan bir madde ile etkileşime sokularak metalik yüzeylerde kontrollü kalınlıkta katmanlar oluşturulabilir.

Bir parçanın yapıldığı malzemeye ek malzeme ekleyerek hasarlı veya aşınmış kısımların onarılmasında kullanılır.

Kesim Alanı

Lazer kesiminde, parçayı erime sıcaklığına kadar ısıtmak için kaynaktan gelen ışın kullanılarak basınçlı gaz akışı malzemenin kesilmesini sağlar.

Parçaya odaklanan ışın minimum boyutlara sahip olduğundan bir nokta aracı olarak işlev görür. Bu nedenle, termal olarak etkilenen alan sınırlı olduğundan parçalarda bozulma olmadan kesim işleminin yapılması sağlanır.

Bu işlem, minimum malzeme kaybı ile bozulma olmadan ince metal, ahşap, plastik, kumaş veya seramik tabakalarını hızlı bir şekilde keser.

Ayrıca, çok gelişmiş bir hassasiyetle kesim yaptığı için son derece gelişmiş ve hassas görevleri gerçekleştirmenizi sağlar.

Belirli kalınlıktaki parçalarda doğru kesim yapmak için, kullanılan güç seviyelerini ve etkileşim sürelerini kontrol etmek önemlidir, çünkü belirli seviyelerin aşılması kesimin yanlış olmasına sebep olacaktır.

Markalama yapmak için de kullanılan ışın, orta güç uygulanarak işaretlenecek yüzeyde işlev görebilir.

Düşük güç ekipmanı kullanarak, tüketim mallarının ambalajlarında önemli olan üretim ve tüketim tarihleri hakkındaki verileri işaretlenebilir.