Laser
- Laser; bitişik bir ışıklı titreşim üreten ışın amplifikatörüdür.(yükseltici), yayınıma ise “uyarılmış emisyon” adı verilir. Bu kaynağın ışıklılığı, ışınlar yönünde çok kuvvetlidir ve bu ışınlar çok uzak mesafelere; çok küçük hacim içinde yerleştirilebilen büyük enerji miktarlarını ulaştırabilirler.
- Atomik fenomenlerin kökeni bu şaşırtıcı amplifikatörün keşfine bağlıdır. 1910 yılında Rutherford‘un kendi atom modelini geliştirdiğinden beri atomun çekirdek ve çekirdeği çevreleyen elektronlardan oluştuğu bilinmektedir. Elektronlar çekirdeğini boyutu göz önüne alındığında 10-13 düzeyinde çok uzak mesafelere yerleşmiş durumdadırlar. Normal haldeki bir atom elektrikçe yüksüzdür; pozitif yüklü çekirdeğin yükü, elektronların negatif yükleri ile dengelenir. Elektronlar çekirdek etrafında, gezegenlerin güneş etrafında olduğu gibi rotasyon (dönme) hareketi yaparlar, elektronların açısal hızlan sonsuz derece yüksektir.
- Bu tarif atomun gezegene benzeyen yapısını ortaya koyar, burada elektron dalga hareketi ihmal edildiğinde negatif yüklü bir bilyeye benzetilebilir. 1916 yılında Bohr ve Sommerfield ilk atom yapısında yeni bir adım daha atılmıştır: Elektronlar çekirdek etrafında elips veya çember biçiminde olan birbirini takip eden orbitallerde bulunmaktadırlar.
- En basit atom olan hidrojen atomunda, çekirdek, etrafında bir tek elektron bulunan bir’ protondan oluşmuştur. Bu elektronun katedeceği olası yörüngelerin yarı çapı aralıklı şekilde artar. Bu yarı çapın esas kuant sayısının bir fonksiyonudur, n hipotez olarak 1,2,3 vs... değerlerini alabilir. Yarıçap bu n sayısının karesi ile orantılıdır. n=I ise atom “normal” durumundadır. Diğer n değerlerine tekabül eden haller eksite yani “uyanlmış” hallerdir.
- Elektronun toplam enerjisi, yani potansiyel ve kinetik enerjisinin toplamı bu esas kuanta sayısına bağlı olan bazı belirli değerleri alabilir; bu şekilde atomda “enerji düzeylerinden” söz edilir. Belirli bir anda elektron atomdan ayrılır, atom sadece çekirdekten ibaret kalır, bu durumda atom iyonize olmuş demektir. O halde enerji düzeyleri ölçeğinde atomun farklı halleri (enerji düzeyleri de n’in fonksiyonudur) gösterilebilir.
- Hidrojen atomu için geçerli olan bu durum, diğer atomlar için de geçerlidir. Birden fazla elektron ihtiva eden bu atomlar durumunda enerji düzeyleri çekirdekten gittikçe uzaklaşan ve her birinin ayrı bir n değeri olan (yörüngeler) şeklinde oluşur (yörünge) başına maksimum elektron sayısı 2n2‘ye eşittir.
- Bir atomun normal halinden eksite hale geçmesi, dışarıdan gelen bir enerjiyi absorblaması ile gerçekleşir. Atomun bu çeşitli halleri stasyoner haller olarak adlandırılır. Kendisine ayrılmış orbitalde bulunan elektron hiçbir elektromagnetik ışıma, yani hiçbir ışık yaymaz. Einstein‘in fotolektrik olay formülünü dikkate alan Bohr‘a göre; bir atomun ışık yayması için bir elektronunun dış yörüngeden çekirdeğe daha yakın bir yörüngeye atlaması gerekir. Bu yayınlanan ışığın frekansı şu ünlü formül ile belirlenir.
hv çarpımı enerji kuantı olarak da adlandırılan foton enerjisidir, (yayınlanan ışık taneciği)
- Işığın absorbsiyonu, emisyonunun enerjisini absorbe eder ve uyarılmış hale geçer, fakat bunun için bu ışımanın frekansının müsaade edilen seviyeleri farkının biriyle orantılı olması gerekir.
- Bir sıcaklık artışına maruz kalan atom normal halden birinci eksite olmuş hale geçebilir. Şimdi de bir tek atomu değil de, bir atom kümesini gözönüne alalım. Mutlak sıfırda tüm bu atomlar esas hâllerinde bulunurlar. Sıcaklık artışı bu atomların düzensiz hareketlerine sebeb olur ve atomlar birbirlerine çarparlar. Bu çarpışmalar sayesinde, atomlar uyarılmış düzeylere geçerler ve tekrar eski hâllerine dönmeleri esnasında yayınlanan ışık bağlantısız olacaktır, yani aynı zamanda olmayan, farklı genliklerdeki titreşimler olarak ortaya çıkacaktır. Boltzmann, bir atom grubunda bir T sıcaklığında E, hâlinden E2‘ye sonra E3‘e v.s… geçiş esnasında atom sayılarının azalacağını ortaya çıkarmıştır; yani seviyelerin atom sayılan azalarak ilerler. Sıcaklık arttığında bu farklar azalmaktadırlar.
- Eğer E2 halinde, E/den fazla atom bulunur bir durum elde edilirse,ters durum sözkonusu olur. E, esas haline dönen bu atomların geri dönüşleri de kontrol altına alınabilirse, yayınlanan ışıma artık bağlantılı olur. Bu maser (microwave amplification by stimulated emission radiation) ve laser de söz konusudur. Burada kontrol; değeri E,-E2‘ye eşit olan dış elektromagnetik enerji ortaklığı ile sağlanır.
- 1949 yüzyılında Fransız fizikçisi Kastler tarafından gerçekleştirilen “optik pompaj” veya enerji pompalanması prensipli ters işlem gerçekleştirildiğinde E2_ eksite durumunda, E, esas durumundan daha çok atom bulunacaktır. E2‘deki atomlar E hâline dönmeden hv =E2-E1 enerjili foton demeti yollanacaktır. Gelen fotonlar artık absorbe edilmeyecek ve yollarına devam edeceklerdir, ancak fazla dezeksitasyonlara (uyarılmama) sebeb olacak, bu dezeksitasyonlar kontrollü olup E2 atomlarına uygulanacaktır; bu atomlar da hv enerjisi ile uyarılan fotonlar yayacaklardır. Dezekside atom sayısı çok fazla ise, gelen ışımanın enerjisi çok fazla şiddetlenmiş olacaktır, çıkışta giriştekinden çok fazla sayıda foton olacaktır. Yayınlanan ışıkta daha birleşik olacaktır.
- Bütün bu şematik karşılaştırmalarda saniyenin lOO.OOO.OOO’da biri zamanda oluşan fenomenlerin kontrol zorluğunu unutmamak gerekir.Bu teoriye dayanan ilk pratik sonuç 1954 yılında Gordon Zeiger ve Townes tarafından elde edilmiştir. Molekülde hesaplanmış transisyonlar yardımı ile atomlar üzerine uygulanan prensipleri kullanarak mikro dalgaları şiddetlendirmeyi başarmışlardır. Bu amaçla oluşturdukları apareyin adı Laser‘dir. 1958 yılında Maiman yakutlu laser yardımı ile ışık dalgalarını şiddetlendirebilmeyi başarmıştır.
Şu Sayfamız Çok BeğenildiSayısal Mantık Çözümlü Sorular