Lazer, çok güçlü bir ışık huzmesi oluşturabilir. Bu huzme çok incedir ve bulunduğu ortamda ilerlerken etrafa yayılmaz.
Lazeri kim icat etti?
Amerikalı bilim insanları Charles Townes ve Arthur Schawlow, 1958 yılında lazer ışını fikrini buldu. Theodore Maiman ise 1960 yılında lazeri üreten ilk kişi oldu.
Ara sıra, günlük yaşam üzerinde devrim niteliğinde bir etkiye sahip olan bilimsel bir atılım gerçekleşir. Bunun bir örneği, uyarılmış radyasyon emisyonu ile ışık amplifikasyonu anlamına gelen lazerin icadıdır. Buluşu sırasında çok az insan onun bu kadar yararlı (ve kazançlı) bir cihaz olacağını anladı, ancak lazer nihayetinde yeni bir bilimsel alan başlattı ve bugün milyarlarca dolarlık bir endüstriye kapıyı açtı.
Lazerin prensibi, Albert Einstein’ın uyarılmış emisyon teorisini ilk kez tanımladığı 1917’ye kadar uzanır, ancak pratik cihazın kökleri 1940’larda ve 1950’lerin başlarında, özellikle mikrodalga spektroskopisi üzerinde çalışmaktadır. fizikçiler Charles Townes, Arthur Schawlow ve diğerleri tarafından maserin icadı ile devam etmiştir.
II.Dünya Savaşı sona erdikten sonra, Townes moleküler spektroskopi için gazları araştırmak üzere uyarılmış emisyon kullanma olasılığı ile ilgilenmişti. Mikrodalga radyasyonunun dalga boyu kısaldıkça, moleküller ile etkileşimleri güçlendi ve onu daha güçlü bir spektroskopik araç haline getirdi. Columbia Üniversitesi’ndeki Townes ve meslektaşları, benzer cihazların Moskova’daki Maryland Üniversitesi ve Lebedev Laboratuvarları’ndaki araştırmacılar tarafından bağımsız olarak icat edilmesinden iki yıl sonra 1953’te çalışan bir demoyu gösterdi.
Ancak Townes, kızılötesi ve optik ışığın dalga boylarının daha kısa oldukları için, spektroskopi için daha da güçlü araçlar olacağını fark etti ve maser prensibini daha kısa dalga boylarına genişletme fikrinden Schawlow’u Bell Laboratuvarlarında ziyaret ederken bahsetti. Schawlow, ışığı ileri geri yansıtmak için cihazın boşluğunun her iki ucuna birer ayna seti yerleştirme fikrini ortaya attı ve böylece diğer yönlerde sıçrayan herhangi bir ışının yükseltilmesini ortadan kaldırdı. Bunun, lazerin belirli bir çizgi genişliği içinde seçilebilecek tek bir frekansa sahip olması için boyutları ayarlamalarına olanak sağlayacağını ve ayna boyutunun, eksen dışı hareketin hafif bir şekilde sönümlenmesini sağlayacak şekilde ayarlanabileceğini düşündü. Ayrıca lazerler için belirli katı hal malzemelerin kullanılmasını önerdi.
Sekiz ay sonra, iki adam, çalışmaları için kavramın kanıtı üzerine bir makale yazdılar, Physical Review’un Aralık 1958 sayısında (Cilt 112, No. 6, s. 1940-1949) yayınlandı ve iki yıl sonra ilk çalışan lazer Hughes Aircraft Company’de Theodore Maiman tarafından yapıldı. Townes, maser / lazer prensibinin temelini oluşturan kuantum elektroniği alanındaki temel çalışması için 1964 Nobel Fizik Ödülü’nün ortak alıcısıydı. Schawlow’un tanınması çok sonra geldi; lazer spektroskopisinin gelişimine katkılarından dolayı 1981 Nobel Ödülü’nü paylaştı.
Townes ve Schawlow, 1958 tarihli kağıtları ve sonraki patentleri nedeniyle lazerin icadıyla en çok ilişkilendirilen isimler olsa da, çok sayıda diğerleri hayati katkılarda bulundu. Belki de bu nedenle, lazeri gerçekten kimin icat ettiği sorusu, büyük ölçüde Columbia’da ve daha sonra Teknik Araştırma Grubu’nda (TRG) bir bilim insanı olan Gordon Gould’un patent haklarını kazanma çabaları nedeniyle oldukça ihtilaflı bir soru olduğunu kanıtlamıştır. Lazer için ilk fikirlerine ilişkin bir giriş Kasım 1957 tarihli ve noter onaylıydı. Gould onlarca yıl savaştı ve 1973’te ABD Gümrük ve Patent Temyiz Mahkemesi, Schawlow ve Townes’a verilen orijinal patentin çok genel olduğuna ve tedarik etmediğine karar verdi. belirli anahtar bileşenleri oluşturmak için yeterli bilgiydi Gould sonunda patent hakları aldı.
Dikkat çekici bir teknik atılım olmasına rağmen, lazerin ilk yıllarında ışın tabanlı silahlarda kullanılmak için yeterince güçlü olmadığı için pek çok pratik uygulaması yoktu ve atmosferden bilgi aktarma yeteneği, yetersizliği nedeniyle ciddi şekilde engelleniyordu bulutlara ve yağmura nüfuz etmek için. Ancak araştırmacıların ilk lazer nişan sistemlerini ve lazer cerrahisi için ilk araçları geliştirmeleri uzun sürmedi.
Bir lazer iki temel unsurdan oluşur:
• yükseltici veya kazanç ortamı (bu bir katı, sıvı veya gaz olabilir). Bu ortam, bir ışık dalgasının yayılması sırasında gücünü artırmak için enerji seviyeleri kullanılan atomlar, moleküller, iyonlar veya elektronlardan oluşur. İlgili fiziksel ilkeye uyarılmış emisyon denir.
• yükseltici ortamı harekete geçirmek için bir sistem (ayrıca bir pompalama sistemi olarak da adlandırılır) Bu, gerekli enerjiyi sağlayarak ışık amplifikasyonu için koşulları yaratır. Farklı pompa sistemi türleri vardır: optik (güneş, flaş lambaları, sürekli ark lambaları veya tungsten filaman lambaları, diyot veya diğer lazerler), elektrik (gaz deşarj tüpleri, yarı iletkenlerdeki elektrik akımı) veya hatta kimyasal.
Bu iki bileşen, mevcut bir ışık kaynağını büyütmek için yeterlidir. Bu, lazer amplifikatörü olarak bilinir. Bununla birlikte, çoğu lazer çok özel bir radyasyon üretmek için bir optik rezonatör (veya boşluk) içerir. Teknik olarak, tüm cihaz bir lazer osilatörü olarak bilinir, ancak bu terim genellikle basitçe “lazer” olarak kısaltılır. Lazer osilatörü, ışık kaynağını boşluk içinde ileri geri zıplatarak önemli ölçüde yükseltmek için yansıtıcı aynalar kullanır. Ayrıca, boşluktaki ışık dalgasının bir kısmının çıkarılmasını ve radyasyonunun kullanılmasını sağlayan bir çıkış ışını aynasına sahiptir.
Lazerin tarihçesi
İskoç bilim insanı James Clerk Maxwell, 1864 yılında ışığın bir tür dalga olduğunu kanıtladı. 1958’de Charles Townes ve Arthur Schawlow, Maxwell’in keşiflerini kullanarak ışığı daha güçlü hale getirecek teoriyi geliştirdiler. İki yıl sonra, Hughes Aircraft’ta kıdemsiz işçi olan Theodore Maiman, yakut kristal çubuk etrafına sarılı güçlü bir flaş ampulünü ateşledi ve lazer icat edildi. Maiman’ın ürettiği ışık parlaması o zamana kadarkilerin en güçlüsüydü.
Albert Einstein‘ın Teorisi
Lazer ingilizce de Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) için kullanılan bir kısaltmadır. Temelde Lazer atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişleri ile oluşan ışık fotonlarına dayanır. Uyarılmış emisyon yoluyla ışık üreten bir cihazdır. Albert Einstein 1917 yılında, geri uyarılmış emisyon teorisini öne sürmüştür.
Maser Kavramı
1958 yılında, Charles Townes ve Arthur Schawlow maser (short for microwave amplification by stimulated emission of radiation) i geliştirdi. Maser, lazerin gelişiminde çok önemli bir yer tutmaktadır. Maser uzay araştırmalarında radyo sinyallerini güçlendirmek için kullanılmıştır.
İlk Lazer
Maser’in bulunuşundan iki yıl sonra 1960 yılında Theodore Maiman ilk lazeri oluşturdu. Ancak Gordon Gould lazer kelimesini 1957 yılında kullanan ilk kişi oldu.
1957 yılında optik lazer için Gordon Gould tarafından yapılmış icat vardı fakat patent alabilmek için çok da başarılı bir proje değildi. Gordon Gould kendi icat ettiği lazer için patenti 1977 yılında alabildi. Bu nedenle Theodore Maiman ‘nın yaptığı lazer gösterisi ilk başarılı lazer olarak kabul edilmektedir.
1960 yılında Ali Javan gaz lazeri icat etti. Bu elektrik enerjisi değişimini lazer içinde ilk kullanılışı olarak tarihe geçti. Bunu 1962 yılında yarı iletken lazer’in Robert Hall tarafından bulunuşu izledi. İki yıl sonra Kumar Patel, karbondioksit lazeri ve Hal Walker telemetri lazer buluşları geldi.
Lazer ile Göz Tedavisi
Dr Steven Trokel 1970’lerde Excimer lazer cihazını icat etti. Ancak bu cihazın bilgisayarla birlikte göz tedavilerinde kullanımını sağlayan gelişme 1982 yılında Dr. Steven Trokel’in ekibi tarafından yönetildi. 1987 yılında ilk lazer göz ameliyatı yapıldı. O zamandan beri, lazer göz tedavisi olağan bir tedavi haline gelmiştir.
Lazerin Kullamı ve Uygulamaları
1960’lardan itibaren lazer sürekli iyileştirme çalışmaları, buluşlar ve uygulamalar ile gelişti. İlk olarak göz tedavisi ile başlayan lazer kullanımı, şimdi diğer sektörlerde de yaygınlaşmıştır. Pratik elektronik cihazların tümünde kullanılmaktadır. Yine tıbbi tesislerde bir çok uygulamada ve bilimsel araştırmalarda kullanılmaktadır. Ayrıca lazerler de konser veya kulüplerde ışık gösterileri yapmak için kullanılıyor. Lazer baskı oldukça yaygın hale gelmişti. Spektroskopisi, elektro optik önlemler ve mikro diseksiyon da lazer teknolojisi kullanır. Diş hekimliğinde, cerrahi girişimlerde, kaynak ve füze savunma sistemleride bu teknolojiden faydalanmaktadır.
Lazer cihazı icat edildiğinden günümüze, bilim adamları onun nerelerde kullanılabileceğini merak etmiş ve bir çok araştırma yapmıştır. Yapılan bu araştırma, geliştirme ve icatlar ile lazer, modern toplumun paha biçilmez bir parçası haline gelmiştir.
Lazer işlemi, daha düşük bir seviyeden daha yüksek bir enerji seviyesinde daha fazla atom olması için optik olarak pompalanan bir atom popülasyonu ile başlar. Atomların çürümesi daha sonra diğer bozulmaların emisyonunu tetikleyen ışık fotonları üretir ve bu nedenle fotonlardan oluşan bir kaskat üretilir. Işınlama maddesi her ucunda aynalar olan bir rezonant boşlukta yer alır. Fotonlar, geri beslemeyi teşvik eden iki aynanın arasında dolaşıp ileri geri hareket eder ve soğurma ve dağılma nedeniyle kazanç olursa sistem ışığı iter. Aynalardan bir tanesi yarı-gümüş rengindedir ve bundan geçen radyasyon lazer ışığını oluşturur.
Tek renkli, oldukça düz, yoğun ve aynı fazlı, paralel dalgalar halinde, genliği yüksek , güçlü bir ışık demeti üreten alettir. 1960 yılında ABD’de THEODARE H. MAIMAN tarafından keşfedilmiştir.
Normal ışık dalga boyları , muhtelif rengarenk , yani farklı faz ve frekansa sahip dalgalardan meydana gelir. Lazer ışığı ise aynı dalga boyuna sahip, aynı doğrultuda hareket eden fotonlardan meydana gelmiş tek renkli bir ışık demetidir. Lazerler çok yüksek frekanslıdırlar.
Lazer ışınları Tek dalga boyunda olduklarından , üretildikleri lazer cinsine göre (lazer tüpüne konan maddeye bağlı olarak) çeşitli renklerde fakat tek renk şeklinde ışınlar elde etmek mümkündür.
Normal ışıklar çok renkli , dolayısıyla farklı frekanslarda olduğu için ışık kaynağından çıktıklarından itibaren belli bir açıda yayılarak giderler ve kısa mesafelere ulaşırlar. Lazer ışıkları ise tek renkli ve tek frekanslı oldukları için ışık kaynağından çıktıkları andan itibaren hiç dağılmadan aynı huzme şeklinde çok uzak mesafelere ulaşırlar.
Günümüzde lazerler ticari pazarda her yerde bulunur, CD çalarlarda, düzeltici göz cerrahisinde, dövme silmede, endüstriyel montaj hatlarında, süpermarket tarayıcılarında, optik iletişimde ve optik veri depolamada kullanılır.
Kaynak
Fen Ödevi
www.optique-ingenieur.org
İlkKimBuldu.com
www.aps.org/publications/apsnews/200312/history.cfm