Elektromanyetik radyasyon kaynakları olarak lazerler

Lazerler – kullanılan aktif ortama bağlı olarak bölünme

Lazer, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation’ın kısaltmasıdır. Yayılımı zorlayarak yayılan ışığı yükselterek çalışırlar. Görünür, ultraviyole veya kızılötesi ışık aralığında elektromanyetik radyasyon yayarlar. Lazerlerin çalışması, uyarılmış atomların tanımlanmış bir enerji radyasyonu ile aydınlatılmasından oluşan uyarılmış emisyona dayanır. Lazerlerin en genel ayrımı, aktif ortama veya yayılan radyasyonun dalga boyuna bağlı olarak sınıflandırılmalarına dayanmaktadır. Lazerde bulunan aktif ortamı dikkate alarak gaz, sıvı ve katı hal lazerlerini ayırt edebiliriz. Böyle bir ortamın parçası olan moleküller, atomlar veya iyonlar enerji yapılarında farklılık gösterir. Lazerin en önemli parametrelerini belirler. Kullanılan aktif ortama bağlı olarak lazerlerin en önemli örnekleri aşağıdadır. Yayılan dalganın dalga boyu aralıkları parantez içinde verilmiştir:

Gaz lazerleri

• Helyum-neon (543 nm veya 633 nm)
• Argan (458 nm, 488 nm veya 514,5 nm)
• Nitrik (337,1 nm)
• Kripton (647,1 nm, 676,4 nm)
• Karbon dioksit (10,6 μm)

sıvı lazerler

• Boya lazeri (400 nm – 700 nm)

Katı hal lazerleri

• Yakut lazer (694,3 nm)
• YAG neodimyum lazer
• Cam neodimyum lazer
• YAG erbiyum lazer (1645 nm)
• YAG thulium lazer (2015 nm)

Seçilen lazerlerin özellikleri

• argon lazer

Argon lazer, gaz iyon lazerleri grubuna aittir. Bu durumda aktif ortam argon iyonlarından oluşur. Bu lazer, ultraviyoleden kırmızı ışığa kadar değişen 30’dan fazla çizgi yayabilir. Argon atomları, yaklaşık 0,1 Torr’luk bir basınçta boşaltma tüpünde tutulur. Deşarj sırasında oluşan elektronlar argon atomları ile çarpışır. Atomları temel halden uyarılmış iyon haline getirerek onları doğrudan iyonlaştırabilir ve uyarabilirler. Bir başka, daha etkili süreç, argonun iki aşamalı iyonlaşmasıdır. Bu şekilde oluşan iyon daha sonra üst lazer durumu olarak adlandırılan daha da yüksek bir uyarılma durumuna aktarılır. Bu, farklı frekanslarda birkaç spektral çizgi oluşturmayı mümkün kılar.

• helyum-neon lazer

Helyum-neon lazeri, 1959’da inşa edilen bir gaz lazerinin bir örneğidir. Işık, sözde popülasyon inversiyonunun bir sonucu olarak yayılır. Helyum ve neon, kuvars cam bir tüpe 10:1 oranında (toplam basınç 1,3 hPa’ya yakındır) yerleştirilir. Uçlarına voltaj uygulanır, bu da gazın boşalmasına neden olur. Sonuç olarak, borunun içinde bir elektrostatik alan oluşur. Elektronları ve iyonları yüksek hızlara çıkarır. Böyle bir lazerin içinde daha fazla helyum atomu olduğundan, hızlandırılmış elektronlar onlara çok daha sık çarpar ve nispeten uzun bir süre nispeten kararlı olan daha yüksek enerji durumlarına uyarılmalarına neden olur. Uyarılmış helyum atomları sırayla neon atomlarıyla çarpışır ve uyarma enerjisini onlara aktarır. Bu gaz için, daha yüksek bir seviyedeki uyarılma süreleri, daha düşük bir seviyeden daha fazladır, bu nedenle, bir süre sonra, sözde popülasyon inversiyonu meydana gelir.

• Karbon dioksit lazeri (moleküler)

Bu tür lazerler hem sürekli hem de darbeli modlarda çalışabilir. Bu durumda aktif ortam, 1: 1.3 : 1.7 hacim oranında bir karbondioksit ( _C02 ), nitrojen ( _N2 ) ve helyum (He) karışımıdır. Her biri belirli işlevleri yerine getirir. Karbondioksit aktif gazdır, uyarma enerjisi sağlayan elektrik deşarjları nitrojende gerçekleşirken, helyum CO2 _plazmasını stabilize etmek ve ortaya çıkan ısıyı dağıtmak için tasarlanmıştır. Karbondioksit ve nitrojen karışımında meydana gelen elektriksel deşarjlar, _N2 moleküllerinin çok etkili bir şekilde uyarılmasına neden olur. Böyle bir molekül aynı çekirdeğe sahip olduğundan, bir dipol geçişi yasaktır. Enerji sadece çarpışmalar sonucunda kaybedilir. Moleküler lazer tüpünde karbondioksit molekülleri varsa, uyarılmış _N2 ve CO2 seviyelerinin iyi bir şekilde çakışmasının bir sonucu olarak, ikinci tip çarpışmalar CO2 moleküllerinin uyarılmasına ve _N2’nin temel durumuna _{geri dönmesine} neden olur. moleküller. Bu durumda karışımda inversiyon, _safCO2’den çok daha kolay elde edilir.

• Yakut lazer

Theodore Maiman tarafından 1960 yılında inşa edilmiştir. Yakut lazerin özelliklerinden sorumlu olan aktif madde _{yakuttur (} alüminyum trioksit, Al203, bazı alüminyum atomlarının yerini Cr3 ⁺ krom atomları alır). Yakut lazerler, görünür kırmızı ışık aralığında radyasyon yayan darbelerde çalışır. Lazerin orta kısmı, üzerinde bir flaş lambası bulunan yakut bir çubuktur. Ondan gelen yoğun ışık parlaması, bazı yakut atomlarını daha yüksek bir enerji durumuna heyecanlandırır. Buna karşılık, yakut atomları fotonlar göndererek diğer atomları bu şekilde uyarır. Yakut çubuğun her iki yanında bu etkiyi artıran aynalar yer almaktadır. Bunlardan biri yarı geçirgendir ve içinden kaçan fotonlar ortaya çıkan lazer ışını olur. Yakut lazerler artık esas olarak tarihsel bir ilgi alanıdır. Kullanımları holografi veya dövme silme ile sınırlıdır.