LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation yani, uyarılmış salınan ışın ile güçlendirilmiş ışıktır. nokta.

Giriş: Atom dediğimiz şey, bir çekirdek ve etrafında dönen elektronlardan oluşur. (dünya oluşmadan önce gaz ve toz bulutları vardı demenin başka bir yolu) Elektronlar kendi hallerindeyken farklı çaplarda ve farklı açılardaki yörüngelerinde durup düşünmeksizin dönerler. Ve her elektron mevcut enerji seviyesinde, yani yörüngesinde dönmeye devam etmek ister. –diyorlar- Ancak biz yeterince kurtluysak atomun enerji seviyesini ısı, ışık ya da elektrik yoluyla arttırıp neler olacağına bakabiliriz.

Bu durumda çekirdeğe yakın yörüngelerde dönen elektronlar daha dıştaki elektronlara göre daha düşük enerjide olduğu için dışarıdan enerji verilen atomun elektronları daha dıştaki yörüngelere zıplar. Fakat doğası daha düşük enerji seviyesindeki eski yörüngesinde dönmek olduğundan hemen daha içteki yörüngesine kayar ve bu sırada az önce almış olduğu enerjiyi dışarıya bir ışık taneciği yani foton salarak iade eder. Bu fotonun –her foton gibi- bir kütlesi yoktur ancak frekansı ve sonsuz ömrü vardır, üstelik –adı üzerinde- ışık hızında hareket eder.

Normalde bir foton doğduğunda sonsuz yolculuğuna hemen başlar. Normal lambalarda ortaya çıkan fotonlar özgür kız misali dört bir yana dağılırlar. Fakat kapalı bir yerde durum değişir. Komşu atomun arttırılmış enerji seviyesinde dönmekte olan elektronuna rastladığında ‘ne bu yalnız başıma bu yolculuk çekilir mi?’ der ve onu da bir foton salmaya ikna eder. Ve bu fotonun dalga boyu, diğer bir deyişle ortaya çıkan ışığın rengi, aynı cins atomlardan salındıkları için ilk fotonunkiyle tıpatıp aynıdır. Bu süreç devam eder ve fotonlar çoğalır. Uyarılmış salınım denirken kastedilen budur.
Gelişme: İlk lazer, 1960’da Maiman tarafından yakut içindeki krom iyonlarını uyarılmasına dayalı sistemle yapıldı. Resimde görüldüğü gibi bir ruby lazerde yakut kristali bir ucu geçirgen, bir ucu da geçirgen olmayan aynayla kaplı silindirin içine konur. Silindirin etrafına yüksek şiddette yanan spiral lamba sarılıdır. Lambanın yanmasıyla yukarıda anlattığımız süreç başlar silindirin içindeki kristalin atomları foton salar, fotonlar çoğalır, çoğalır ve biz bu silindire sığmaz taşarız dedikleri anda silindirin geçirgen aynadan oluşan ucundan taşarlar.

Sonuç: Böylece aynı renkte, aynı frekansta ve aynı yönde ışıyan lazerimiz kullanıma hazır demektir. –ben bunu evde bile yaparım gibi hissettim bir an- Hayırlı uğurlu olsun! İlk örneğinden sonra lazerlerin enerji kaynaklarından tutun stimule edilen atomların cinsine kadar birçok çeşidi yapıldı. Benim bu araştırmayı yaparken asıl merak ettiğim nasıl oluyor da oluyor şeklinde bir meraktı ve iki günlük çalışma ile merakımı giderdim. Hatta bir süre herhangi bir konuya merak duyacağımı sanmıyorum.

Aynı fazda ışınım veren ışık kaynağı. Kelime İngilizce 'ışınım uyarılmış yayım ile ışık güçlendirme' cümlesindeki kelimelerin baş harflerinden türetilmiştir. Işık kaynaklarının ışıkları uyarılmış atomlarındaki elektronlar yüksek bir halden daha düşük bir hale geçerken birbirlerinden farklı fazda ve yönde yayılan fotonlardan oluşur. Lazerışınında ilk uyarılan atomlardan yayılan fotonlar, iki yüzey arasında ileri geri hareket ederken lazer boşluğundaki diğer atomları da uyararak aynı fazda, aynı yönde yayılan güçlü bir ışık oluşturur.

Cr katkılanmış yakut lazeri; delme, kesme ve kaynatmada kullanılan Nd katkılı itriyum - Alüminyum garnet Lazeri; 10 000 J enerji düzeyine ulaşabilen, metal işlemlerinde kullanılan Karbondioksit lazeri; bilgi tekerlerin yapımında kullanılan, Tuz tanesi büyüklüğünde yarı iletken lazeri bugün için kullanılan lazerlerdir.

Henüz gelişme safhasındaki X-ışını Lazerlerinde (İngilizce 'güçlendirilmiş uyarılmış dış yayınım' kelimelerinin baş harflerinden türetilen ase adıyla da anılır) lazer ışını için gerekli belirli en az uyarılmış Atom sayısına nükleer patlama ile ulaşılır. Bugüne kadar X-ışınları için uygun bir ayna yapımı gerçekleştirilemediğinden yeterli atom sayısına her iki taraftaki aynalar kaldırılarak nükleer patlama gibi çok güçlü bir uyarıcı ile veya yüksek atom sayılı bir Element parçacığı Lazerlerle aniden buharlaştırılıp iyonize edilerek ulaşılmıştır.

Çok güçlü pırıltılar oluşturan, değişik alanlarda kullanılan ışık kaynağı. Çok yüksek yoğunluğa odaklanabilen ışık enerjisi kaynağıyla medikal ve cerrahi amaçla fokal doku eksizyonu ve koagülasyon olanağı veren Alet Argonlazer, ekscimer lazer, yag lazer gibi çeşitleri vardır.

Lazer (İngilizce LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynak.

Lazerin temeli atom veya Molekül enerji düzeyleri arasındaki Elektron geçişleri ile oluşan ışık fotonlarına dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E2 ve E3 olsun ve E3 E2 farz edelim. Minimum enerji ilkesine göre atom veya Moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E3 seviyesindeki elektron kendiliğinden E2 seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E3 − E2 = hν olan bir foton salar. Burada ν fotonun frekansıdır. Eğer elektron bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir.

Ancak eğer E3 düzeyinde ki foton E3 − E2 enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E2 düzeyine inerse bu şekilde salınan fotonun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve Lazerin çalışmasının ana ilkesidir.

Şimdi çok sayıda atomdan oluşan bir sistem ele alalım. Başlangıçta atomlar en alt enerji düzeyinde bulunduklarından bir şekilde atomların E3 düzeyine çıkarılması gerekir. Bu pompalama(population inversion) olarak adlandırılır. Ayrıca E3 ve E2 arasındaki geçişten lazer ışığı elde edebilmek için atomların E3 düzeyinde kalma süreleri E2 düzeyinde kalma sürelerinden uzun olmalıdır. Ancak bu şekilde E3 düzeyinde bulunan atomların sayısı daima artacaktır.. Class 1 ile 4 arasında değişen risk dereceleri mevcuttur. En basit tür üç düzeyli lazerdir.

Lazerler, günlük yaşamda sıklıkla kullanılmaktadırlar. Örneğin, süper marketlerde ürün fiyatlarını, CD'lerden müziği, DVD'lerden de filmleri okumakta lazerlerden faydalanılmaktadır. 15 mw'ın üstündeki Lazerler göze anında zarar verebilir. 100 mw'nin üstü ise kibrit yakabilir ve değişik yüzeylere yazı yazabilir.


LAZER GELİŞİMİNİN TARİHÇESİ

1916

Albert Einstein Işığın yayılma teorisi.Uyarılmış ışıma kavramı.

1928

Rudolph W Landenburg Uyarılmış ışımanın varlığının kanıtlanması ve Negatif soğurma.

1940

Valentin A Fabrikant Sayı yoğunluğu tersiniminin olma olasılığı.

1947

Willis E Lamb
R C Retherford Hidrojen spektrumunda indüklenmiş ışıma şüphesi. Uyarılmış ışımanın ilk gösterimi.

1951

Charles H Townes Kolombiya üniversitesinde MAZER (Microwave Amplification of Stimulated Emission of Radiation) keşfi- Uyarılmış ışımaya dayanan ilk alet ile 1964 Nobel ödülünü kazandı.

1951

Joseph Weber Maryland üniversitesinde MAZER bağımsız olarak keşfedildi.

1951

Alexander Prokhorov
Nikolai G Basov Moskova’da Lebedev laboratuarlarında MAZER bağımsız olarak keşfedildi. 1964 Nobel ödülünü kazandı.

1954

Robert H Dicke "Optik Bomba" patenti. Atımlı sayı yoğunluğu tersinimine dayanan süper-ışıma ve “Moleküler Kuvvetlenme ve Üretim Sistemi” için parçalı Fabry-Perot rezonans çemberi.

1956

Nicolas Bloembergan Harvard Üniversitesinde üç-seviyeli katı hal MAZER tasarımı.

1957

Gordon Gould Bir LAZER tanımlayan ilk doküman. 1970’lerde Patent şartlarında yaratıldı.

1958

Arthur L Schawlow
Charles H Townes "Optik MAZER"i tanımlayan ilk ayrıntılı makale. Kolombiya üniversitesinde yapılan ilk lazer keşfi ile yaratıldı.

1960

Arthur L Schawlow
Charles H Townes LAZER patent No. 2,929,922.

1960

Theodore Maiman Yakut (ruby) kristali ile yapılan ilk çalışan LAZER’in keşfi. 16 Mayıs 1960, Hughes Araştırma Laboratuarları.

1960

Peter P Sorokin
Mirek Stevenson İlk Uranyum LAZER – Yapılan lazerlerin ikincisi. Kasım 1960 IBM Laboratuarları.

1961

A G Fox and T Li Bell Laboratuarlarında optik rezonatörlerin teorik analizleri.

1961

Ali Javan
William Bennet Jr.
Donald Herriot Bell Laboratuarlarında Helyum Neon (HeNe) LAZER’in keşfi.

1962

Robert Hall General Elektrik Laboratuarlarında yarı-iletken LAZER’in keşfi.

1964

J E Geusic
H M Markos
L G Van Uiteit Bell Laboratuarlarında ilk çalışan Nd:YAG LAZER’in keşfi.

1964

Kumar N Patel Bell Laboratuarlarında CO2 LAZER’in keşfi.

1964

William Bridges Hughes Laboratuarlarında Argon İyon LAZER’in keşfi.

1965

George Pimentel
J V V Kasper Kaliforniya Üniversitesi Berkley’de ilk kimyasal LAZER

1966

William Silfvast
Grant Fowles and Hopkins Utah Üniversitesinde ilk metal buhar LAZER - Zn/Cd

1966

Peter Sorokin, John Lankard IBM Laboratuarlarında ilk boya lazer etkisinin gözlenmesi.

1969

G M Delco Otomobil uygulamaları için üçlü lazerlerin ilk endüstriyel donanım.

1970

Nikolai Basov's Group Moskova Lebedev Laboratuarlarında Xenon (Xe) ile yapılan ilk Excimer LAZER.

1974

J J Ewing and Charles Brau Avco Everet Laboratuarlarında ilk nadir Gaz halojenür excimer.

1977

John M J Madey's Group Stanford Üniversitesinde ilk serbest elektron lazeri.

1980

Geoffrey Pert's Group İngilterede Hull Üniversitesinde X-ışını lazer etkisinin ilk raporu.

1981

Arthur Schawlow
Nicolas Bloembergen Lineer olmayan optik ve spektroskopide yapılan çalışma için Nobel fizik ödülü.

1984

Dennis Matthew's Group Lawrence Livermore Laboratuarlarında X-ışını lazer gözlendiği ilk olarak rapor edildi.

Lazerin Kullanım Alanları - Kullanıldığı Yerler

Tıpta
endüstride
Savunma Sanayisinde
Telekomünikasyonda
Mikro Biyolojide
Uzay Teknolojilerinde
Oyuncak ve Eğlence Sektöründe

lazer taramalı ölçme istemi
Bir lazer ışını ve ışıkbulucu arasına yerleştirelen cismin gölgesinin mikroişlemci tarafından hesaplanarak cismin boyutlarının belirlenmesi.

Karbondioksit Lazeri
Genellikle 19 mm aralıkta sürekli veya vurulu olarak, uyarılmış Azot moleküllerinin CO_2 moleküllerini uyarması esasıyla çalışan, kesme, kaynak ve ısıl işlemlerde kullanılan bir lazer türü.

Lazer ışını Kaynağı
Kaynak bölgesinin lazer ışını ile ısıtıldığı kaynak yöntemi. Yaklaşık 10 KW/cm2 gücündeki lazer ışını metali eritirken çok ince bir bölgede metali buharlaştırır. Elektron ışını kaynağı gibi iş görür, fakat onun gibi vakum gerektirmez ve X-ışınları yaymaz.

lazer ışınlı işleme; Lazerle işleme (lı)
Malzemeyi 0.0001 mm kadar dar bir alana odaklanmış, benzeşik, tek dalga boylu ışıkla (lazer ışığı) eritip buharlaştırmak şeklinde yapılan işleme yöntemi.

lazer ışınlı kesme; lazerle kesme (lk)
Malzemenin lazer ışını ile çok dar bir bölgede buharlaştırılması veya eritilip basınçlı yansız Gazla uzaklaştırılması yoluyla yapılan kesme işlemi. 11 000 °C 'a kadar çıkabilen Sıcaklık her malzemeyi kesmek için yeterli olmaktadır.

Lazerli Bası
Sıvı polimerin morötesi lazer ışını ile, gittikçe alçalan Masada parça şekline uygun olarak tabaka tabaka sertleştirilmesi şeklinde yapılan bir ilk örnek üretim yöntemi.

Bilgisayardan aldığı veriye göre hareket eden bir lazer kafasının, ışık ile sertleşen Sıvı Polimeri tabaka tabaka sertleştirerek şekillendirmesi ile yapılan, genellikle ilkörnek parça üretiminde kullanılan yöntem.

Lazerli Sinterleme
Metal veya metal olmayan tozlardan bir yüzey üzerinde, belirli bölgeleri bilgisayarın verilerine göre tabakalar halinde sinterleyerek yapılan şekilli parça üretme yöntemi.


-------------------

LAZERİN TIPTA KULLANILMASI

Tıbbi düşük güçlü lazer



1. Lazer nedir?

Lazer tıp, askeriye, iletişim ve bütün ticari faaliyetlerde geleceğin endüstrisi olan geliştirilmiş ışınlardır. Lazer “Radyasyon Stimüle Yayımı ile Işığın Güçlendirilmesi – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”un kısaltmasıdır. Lazer ışınları yalnızca tek bir frekansa sahiptir ve spektrum prizmasından geçirildiğinde tek bir spektrum hattı verir. Lazer ışınların özellikleri şunlardır: 1) Tek dalga boyludur 2) İnterferans olayı gösterir 3) Düz gider

4) Yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir.



2. Lazer ışını ile normal ışık arasındaki fark

Lazer ışını oldukça saftır ve yayılmak yerine düz gider. Alev veya floresan lambasından çıkan ışık aynı atom veya molekülden kaynaklansa da farklı frekanstaki birçok ışıktan oluşur. Her bir atom veya molekülden gelen bu ışıklar aralarında bir benzerlik olmaksızın birleşmiş ışıklardır. Ancak, lazer ışınları tek tip frekansa sahiptir ve düzenli faza sahip sürekli ışıklardır.



3. Lazerin türleri

Lazerler kaynak olarak kullanılan materyale bağlı olarak katı lazerler, gaz lazerler, sıvı lazerler ve yarı iletken lazerler şeklinde sınıflandırılabilir.

1) Katı lazerler

Krom iyonu cam ve YAG (itriyum Alüminyum Grena) ile karıştırılan yapay yakut, lazer üretim kaynağı olarak kullanılır. Özellikle yakut lazerler ilk ve en çok kullanılan lazerlerdir. Yakut lazerin ışık kaynağı zenon lambadır ve zenon lambanın verimini artırmak için etrafında yakut çubuk ve reflektörler kullanılır. Bazlarının saatte yüzlerce MW maksimum enerjisi (pik gücü) vardır ve ışığın frekansı pembe 0,69 µm dalga boyundadır.

2) Gaz lazerler

Helyum, neon, argon, kripton ve karbondioksit karışımı ile helyum ve azot karışımları gaz lazerlerin yapımında kullanılır. Bu gazların ince cam tüp içerisine hapsedilmesinin ardından, lazer üretimi için atom ve elektronların çarpışmasına neden olacak yüksek voltaj uygulanır. Helyum neon lazeri, helyum, neon, elektrot, elektrik boşaltıcı ve yatay ayna içeren uzun bir cam tüpten yapılır. Bu lazer sürekli üretim sağlayabilen atımlı olmayan ve sürekli olan lazerlerdir. Bazıları saatte 10larca MW pik gücüne sahiptir. Bu ışığın dalga boyu 0,63 µm’dir ve rengi kırmızıdır. Diğer tür gaz lazerleri farklı pik gücü ve frekansına sahiptir ancak aynı üretim prosesini kullanır.

3) Yarı iletken lazerler

Galyum ve arsenik gibi katı maddelerden oluşur ancak katı lazerlerden farklı bir mekanizmaya sahiptir. Yarı-iletken lazer p-n bağlanmış galyum ve arsenik diyottan elektrik geçerken oluşur. Elektrik p-tipinden n-tipine akarken (aşağı bağlantı) p-tip pozitif elektrik yükü ile daha fazla boşluk ve n-tipi daha fazla elektrona sahip olur.

4. Tıp biliminde Lazer uygulamaları

1960 yılında Thedore Harld Maiman, yakut kristalinden ilk lazer ışınını tanıtmıştır. İlk aşamalarda lazer çoğunlukla askeri ve endüstriyel amaçlı olarak kullanılmış ve sürekli ARGE yolu ile tıbbi alanlarda daha sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. Halojen lamba yerine yakut lazer kullanan optikal retina foto-koagülasyon cihazının geliştirilmesinden sonra 1964 yılından itibaren tıbbi alana yönlendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Lazer osilatörlerin ve ilgili teknolojilerin yavaş ilerlemesi nedeniyle, lazerin tıbbi amaçlarla kullanımı 1970’lerin başına kadar sınırlı olmuştur. 1971 yılında karbon dioksit lazer cihazlarının icadı ile çeşitli tıbbi lazer ürünleri geliştirilmiştir.




Kore’de tıbbi lazer ürünler 1980’lerin sonlarında üretilmiş ve ihtiyaç 1990’dan beri oldukça artmıştır. Kolay kullanım ve hızlı sonuç veren lazerlere olan talep daha da hızlı artmıştır.



Lazer ışıtır. Bütün ışıklar gibi düz gitme, polarizasyon, interferans ve dalga özelliklerine ek olarak lazerler tek frekans ve şekle sahiptir. Belirli frekansa göre seçici etkinliği düşük olacak şekilde, bilinen ışığın geniş frekans aralığı vardır ve tedavi açısından uygun değildir. Lazerler monokromatik ışık olduğundan ve düzenli bir dalga cephesine sahip olmaları nedeniyle iki ayrı ışın arasında güzel bir birleşime sahiptir ve spot boyutu küçültülebilir. Bu şekilde bir özelliğe sahip lazerler temassız tedaviye izin verir. Bu nedenle, daha az ağrı ve düşük enfeksiyon riski sağlar. Buna ilaveten lazerler, oldukça konsantre enerji ile hücreyi ısıtıp buharlaştırarak tehlikeli hücrelerin ve mikropların öldürülmesinde kullanışlıdır.



İkincil olarak lazer ışını boyutu mikronlar seviyesine indirilebilir ve yaklaşık 0,1 mm civarında bir minimum hücre bozunmasına neden olarak ameliyatlarda neşter olarak kullanılır. Bu nedenle ameliyatın acısı azaltılır ve iyileşme hızlanır. Bazı lazer enerjileri kesilen alanın birleştirilmesi ve dikilmesi için kullanıldığından, transfüzyon miktarı büyük oranda azalır.



Üçüncü olarak lazer, monokromatik ışık olduğundan fotokimyasal reaksiyonlar için dokuların belirli bileşenlerine veya dokuların içerisine emilebilir. Bu nedenle, diğer kısımlara etki etmeksizin belirli dokuları seçici olarak tedavi edebildiği için kansız bir şekilde, kısmi tedavide kullanılabilir. Optik fiber gibi bir optik dalga yönlendirici kullanıldığında, yalnızca bedende değil mikroskopla birlikte beyin gibi daha hassas kısımlarda ameliyatlarda da kullanılır. Lazer teknolojisindeki gelişmenin sonucu olarak lazerler cerrahi, oftalmoloji, dermatoloji, dişçilik, iç hastalıklar, doğum bilimi, jinekoloji ve ortopedi gibi çeşitli tıp alanlarında kullanılırlar.

ELI kod adıyla üretilen yeni lazer, tüm dünyanın herhangi bir anda ürettiği enerjiden daha fazla güce sahip olarak, uzaya ateşlenecek.

Günlük hayatımızda lazerleri futbol maçlarında, kalecinin ya da yıldız oyuncunun kaşına, gözüne tutulurken bol bol görüyoruz. Tabii bir de lazer yazıcılıar var. Bu durumlar dışında hayatımızda çok da olmayan bir kavram lazerler. Bilimsel araştırmalar açısından ise bu yoğun ışık kümeleri oldukça önemli.

Avrupa Komisyonu, üç dev araştırma lazerinin yapımına izin verdi. Opsiyonel olarak konuşulan bir de dördüncü lazer bulunuyor. Planlanan, bu dördüncü lazerin göndereceği lazerin gücü, insanlığın herhangi bir anda ürettiği güçten kat kat fazla. O kadar güçlü ki, uzay boşluğuna gönderildiğinde sanal parçacıklar oluşmasına sebep olacağı planlanıyor.

Dünya'nın Güneş'ten aldığı enerjiden güçlü bir lazer

ELI (Extreme Light Infrastructure) projesi, yani bahsettiğimiz dördüncü lazer, tam 10 farklı ışını birleştirecek ve 200petawatt gücünde tek bir atış yapacak. 200 petawatt gücündeki tek atış sadece 1.5 x 10^-14 saniye sürecek. Bu da kısa kesilmiş bir saçın en altından en üstüne ışığın ulaşabileceği süreye yakın, yani çok çok kısa bir süreli tek atış yapılacak. 200 petawatt, dünyanın herhangi bir anda ürettiği enerjiden ve hatta dünyanın güneşten aldığı toplam enerjiden daha fazla. Bu güçten anlayabileceğiniz gibi, üretilecek lazer elinizde taşıyıp kedinizle oynayacağınız ya da tribünden Volkan Demirel'in suratına tutacağınız cinsten değil.

En az CERN'in ünlü parçacık çarpıştırıcısı kadar büyük ve önemli bir deney olan ELI projesi sonunda kuantum mekaniğinin garipliklerini insan oğlunun bir nebze anlaması planlanıyor. Uzay boşluğunda bizim görmek için ölçmemiz gereken zamandan bile kısa süre var olan parçacıkların bu lazer sayesinde açığa çıkması ve ölçülmesi planlanıyor. Uzayın koca bir boşluktan öte, içerisinde gözlemleyemediğimiz parçalarla dolu olduğu ve bu parçacıklar arasında ''anti-madde''nin de olduğu düşünülüyor.

''Bu kadar güç tehlikeli mi?'' derseniz, CERN'in deneylerinden daha fazla tehlikeli değil. Yanlış giden bir şeyler olursa en fazla dünya üzerinde bir kara delik oluşur ya da Melekler ve Şeytanlar kitabındaki anti-maddeyi buluruz ve üzerimizde çılgın büyüklükte bir atom bombası patlatırız.