- Temel hal en düşük enerji seviyesidir. Atomlar normalde temel halde bulunurlar. Atomun üst enerji seviyesine geçmesi için enerji alması gereklidir. Üst enerji seviyesine çıkan atoma uyarılmış atom denir. Uyarılmış bir atom temel hale dönerken ışıma yapar.
Temel haldeki atomları
1. Hızlandırılan elektronlarla
2. Isı enerjisi ile
3. fotonlarla uyarabiliriz.
1. Hızlandırılan elektronlarla atomları uyarma
- Atomun (n=2) 1.uyarılma enerji seviyesinden daha düşük enerjiye sahip elektronlar atomu uyaramaz. Elektronlar atomla esnek çarpışma yaparak aynı enerji ile sistemi sekildeki gibi terkeder.
- Elektronun enerjisi atomun birinci uyarılma enerjisine eşit ya da daha büyükse atom uyarılabilir. Elektronun enerjisi atomun uyarılma enerjilerinden birine eşitse elektron atom tarafından soğurulur. Eğer elektronun enerjisi uyarılma enerjisinden büyükse atom uyarılma enerjisi kadarını alır, elektron geri kalan enerji ile sistemi şekildeki gibi tereder.
- Üst enerji seviyelerinden birine uyarılan atom, iç enerji seviyeleri farkına eşit birden fazla foton yayınlayabilir.
- Yayınlanan fotonun enerjisi elektronun ilk ve son enerjileri farkı kadardır.
2. Isı enerjisi ile atomu uyarma
Normal sıcaklıkta atomlar temel halde bulunurlar. Sıcaklık artırıldığında atomların hareket enerjileri artar, atomlar arası çarpışmalar başlar. Atomlardan bazılarının esnek olmayan çarpısması sonucu uyarılma gerçekleşir.
Sıcaklık arttırıldıkça uyarılan atom sayısı artar. Atomların temel hale dönerken enerji geçişleri sırasında ışıma yaparlar.
3. Fotonlarla atomu uyarma
- Atom temel haldeyken gelen fotonun enerjisi birinci uyarılma enerjisinden küçükse foton ya atomun içinden geçer ya da esnek çarpışma yaparak saçılır.
- Fotonun enerjisi atomun birinci uyarılma enerjisi atomun birinci uyarılma enerjisine eşitse foton atom tarafından soğurulur,
- Atom bir foton yayınlayarak temel hale döner. Gelen foton ile yayınlanan fotonun enerjisi biribirine eşittir.
- Gelen fotonun enerjisi tam olarak atomun uyarılma enerjilerinden birine eşitse ancak foton atomu uyarıbilir.
- Eğer fotonun enerjisi atomun birinci uyarılma enerjisinden büyük ama diğer uyarılma enerjileri arasında bir değerde ise foton atomu uyarmaz.
- Foton esnek olarak saçılır. Çünkü fotonun enerfisi parçalanamaz. Ya bütün enerjisini atoma verir ya da hiç veremez.
- Eğer fotonun enerjisi iyonlaşma enerjisinden büyükse atomdan bir elektron koparır. Buna fotoelektrik olay denir.
Kendiğinden Emisyon
- Atomlar temel enerji düzeyinde kararlı haldedir. Atomlar uyarıldıklarında temel halden üst enerji seviyelerine geçerler.
- Uyarılan atom kararsız halden kararlı hale yani temel hale geçmek ister. Bu yüzden alt enerji seviyelerine geçmek için 10–8 s gibi süre içinde ışıma yapar. Bu ışıma zorlamadan, atomun kendiliğinden yaptığı ışımadır.
Üst enerji seviyesine uyarılmış atomun temel hale geçerken foton yayınlamasına kendiliğinden emisyon denir.
Her atomun ışıması farklı zamanlar da yayınlanacağından yayılan dalgalar aynı fazda olmazlar. Yayılan ışınların I Toplam şiddeti a genlikli dalgaların şiddetleri toplamına eşittir.
Uyarılmış Emisyon
- Bazı atomların uyarıldıkları bazı enerji düzeyinde kalma süreleri 1 s civarındadır.
- Bu süre içinde üst enerji seviyesine uyarılan atomların sayısı artabilir.
- Üst enerji seviyesine uyarılan atomların sayısı alt enerji seviyesindeki atomların sayısından fazla ise bu duruma tersine birikim olayı denir.
- Tersine birikim olduğu durumda E3 enerji seviyesindeki atomların sayısı E2 enerji seviyesindeki atom sayısından fazla olsun.
- Atomlara E = E3 – E2 enerjili foton gönderilirse bu foton elektronları E3 enerji seviyesinden E2 enerji seviyesine inmeye zorlar.
- Bu enerji geçisinde gelen fotonla aynı enerjili bir foton yayınlanır. Gelen ve yayınlanan fotonların frekansları ve dalga boyları eşit olur.
- Enerjileri aynı olan bu iki foton iki atomu daha zorlar böylece 4 foton oluşur. Bu olay tersine birikim olayı sonlanıncaya kadar devam eder. Bu olaya uyarılmış emisyon denir.
- Uyarılmış emisyonda yayınlanan tüm fotanlar aynı fazda ve aynı frekanstadır. Uyarılmış emisyonda foton soğurulmaz.
Lazer (Light amplification by stimulated emssion of radiotian)
- Lazer uyarılmış emisyon yoluyla ışığın şiddetlendirilmesi olayıdır.
- Lazer şekilde görüldüğü gibi iki yanında biribirine paralelaynalar ve içinde Lazer için gerekli madde (katı, sıvı,gaz, yarı iletken) bulunan bir sistemdir.
- Üst enerji seviyesindeki atomların sayısının, alt enerji seviyesindeki atomların sayısından fazla olma durumu tersine birikim olayıydı.
- Fotonlar ve elektronlar ile sistemdeki atomların çoğunluğu üst enerji seviyesine pompalanmış olsun.
- E = E3 – E2 enerjisiyle bir foton uyarılmış bir atoma çarptığında onu E2 seviyesine inmeye zorlar.
- Gelen fotonla aynı yönlü, aynı fazda ikinci bir foton yayınlanır. Bu fotonlar aynadan yansıyarak kendileri ile aynı yönde aynı fazlda fotonların yayılmasına sebep olur. Aynalardan yansıyarak sayısı gittikçe artan fotonlar belli bir sayıya ulaşarak geçirgenliği % 1 olan yarı geçirgen aynadan son derece yüksek şiddetle Lazer ışığı olarak çıkar.
- Lazer aynı fazda aynı frekanslı paralel ışık yayan kaynaklardır. Enerjilere çok yüksektir. Bu yüksek enerjili ışıklar aynı yönde hareket ettiklerinden ve çok az dağılma gösterdiklerinden çok uzak mesafelerin ölçülmesini hassasiyetle gerçekleştirir. Laser uzay haberleşmelerinde ve tıp alanında da kullanılmaktadır. Lazer ışığı kilawatlarca enerjiyi bir noktaya odaklama yaparak çelik gibi levhaları ve çeşitli kalınlıktaki dokuları kesebilir.
Laser Işığının Özellikleri
- Uyarılmış emisyon yolu ile oluşur.
- Tek renkli (monokromatik) ışıktır.
- Aynı yönlü, aynı fazda, aynı frekanslı dalgalardan oluşur.
- Paralelliği ve normal ışığa göre çok az dağılma göstermesiyle uzak mesafelerin ölçümünde kullanılır.
- Laser ışığı yoğunlaştırılarak çok büyük birenerjiyi bir noktaya odaklar. Isıtma, delme, kesme, buharlaştırmada kullanılır.
- Bulut, sis, yağmur gibi atmosfer olaylarından etkilenirler.
- Lazer ile üç boyutlu görüntüler elde edilebilir.