Lazer teknolojisi gelişen teknoloji ile büyük bir gelişim kazanmış ve bugün günlük yaşantımızdan birçok uygulama alanına kadar çok geniş bir alanda kullanılmaya başlamıştır. Tıp, savunma sanayi, otomotiv endüstrisi, AR-GE faaliyetleri yürütülen merkezler gibi daha birçok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İngilizce LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) kelimesinin Türkçeleştirilmesi ile LAZER olarak kullanılmaktadır. Lazer, uyarılmış radyasyon emilimi ile ışık amplifikasyonudur. Lazer ışını, sıradan ışıklardan çok farklı özelliklere sahiptir. Ampül, florosan lamba, flaş ışığı, LED ışıklar gibi sıradan ışık kaynakları geniş çaplı ve dağınık bir ışık üretirken, lazer ışık kaynağı çok dar çapa sahip ve dağılmadan ilerleyebilen ışık üretir. Lazer monokromatik (tek renkli), yönlü ve koherent bir ışıktır. Koherent ışık üst enerji seviyesindeki elektronların alt enerji seviyesine geçerken yayılan fotonların eş zamanlı olması ile oluşur. Bu nedenle lazerler sayısız teknoloji ve alet için oldukça kullanışlıdır (1).
Lazerlerin temeli ilk olarak Albert Einstein’in 1927’de uyarılmış ışımanın varlığını öne sürdüğü kuantum postulalarına dayanmaktadır. Lazerin temel prensibi şekilde gösterildiği gibi elektronların enerji seviyeleri arasında yükseltgenme ve indirgenmesi temeline dayanır. Üst seviyedeki elektronlar uyarılmış elektronlardır ve bu elektronlar üst seviyede kalmak istemezler. Alt enerji seviyesi ise kararlı durumdur ve üst seviyedeki elektronlar her zaman buraya geçmek eğilimindedir. Bu geçiş süresi çok kısadır (2,3). Bu olay oldukça hassas hesaplamalar ve uygulamalar ile gerçekleştirilir. Sonrasında yapılan çalışmalar ile lazerlerin gelişimi ve birçok alanda yaygın olarak kullanımı gerçekleştirilmiştir. Düşük ve yüksek enerjili lazerler bugün birçok alanda kullanılır. Sağlık alanında yumuşak doku zedelenmelerinde, ağrı ve lekelerin yok edilmesinde, cerrahi işlemlerde işlem görülen bölgenin zarar görmemesi için düşük enerjili lazerler tercih edilirken, savunma, otomotiv gibi sanayi ve endüstride kesme, delme, eritme gibi işlemler için yüksek enerjili lazerler kullanılmaktadır. Böylece işlemler daha hızlı gerçekleştirilirken, malzeme kaybı da minimum seviyeye indirilebilmektedir.
Lazerler özel karakteristiklere sahiptir. Bunlar tek renklilik, dar spektral genişlik ve yüksek zamansal tutarlılıktır. Tek renklilik bilimsel çalışmalarda oldukça büyük bir öneme sahiptir. Yapılan bilimsel araştırmalarda bilinmeyen parametreleri minimize etmek, araştırılması gereken konunun net, kesin ve hızlı bir şekilde çözüme ulaştırılması için tek renkli ışık kaynağı kullanmak büyük bir avantaj sağlamaktadır. En çok kullanılan renkler kırmızı ve yeşil renk lazerlerdir. Dar spektral genişlik ise lazer ışınının dalga boyu ile ilgili bir özelliktir. Lazer ışık kaynakları çok dar spektral genişliğe sahipken, diğer ışık kaynakları geniş spektral genişliğe sahiptir. Zamansal tutarlılık özelliği ise zamanla frekans ve genliklerinin değişmemesi anlamına gelmektedir (4).
Lazerler özel karakteristiklerinin yanı sıra inanılmaz bir güce de sahiptir. Işık kaynağından çıkan lazer ışını sürekli ve kesikli olması durumuna göre iki türe ayrılır. Genel olarak gücü miliwatt (mW) mertebesinden megawatt (MW) mertebesine kadar olan ışınlar sürekli dalga lazerler için, gücü gigawatt (GW) mertebesinden exawatt (EW) mertebesine kadar olan ışınlar kesikli dalga lazerler için tanımlanır (4). Çok dar spektral genişliğe sahip olması, lazerlerin optik bilgisayarlar, yüksek çözünürlüklü radarlar, görüntüleme gibi yüksek hassasiyete sahip çalışmaların gerçekleştirilebilmesinde kullanılmaktadır.
Lazerlerin bu özelliklere sahip olmasının arkasında yatan sır nedir? Lazer aslında bir optik osilatördür. Osilatör sabit genlikte, kesintisiz olarak salınım üreten bir aygıttır. Yukarıda anlatılan, üst enerji seviyesinden alt enerji seviyesine salınan elektronların sirkülasyonunu sağlayan sistem osilatördür. Yani osilatör, sürekli olarak alt enerji seviyesindeki elektronları üst enerji seviyesine çıkaracak, bu elektronlar eş zamanlı olarak üst seviyeden tekrar alt seviyeye inerken foton salacak, sonrasına tekrar alt seviyedeki elektronlar üst seviyeye çıkarılacak vs. Osilatör bir süreklilik sağlayacak ve lazer ışını elde edilecektir. Bu sirkülasyon hızı lazerin ürettiği sinyallerin hangi aralıklarla üretildiğini belirleyecektir (5).
Günümüzde birçok lazer çeşidi kullanılmaktadır. Bunlar gaz, sıvı, katı, yarıiletken, kimyasal, excimer, elektron ışını, fiber lazerler olarak özetlenebilir (6-9). Bu sınıflandırma osilatör olarak düşünülen lazer sisteminin pompalama mekanizmalarına göre yapılmaktadır.
Gelecekte lazerler nasıl bir rol oynayacak ve hayatımızın hangi noktasında, ne kadar yer alacak? Gelişen teknoloji lazer teknolojisinin oldukça hızlı ilerlemesine olanak sağlamış ve günümüzde hemen hemen tüm sektörlerde kullanımına imkan tanımıştır. Birkaç örnek verecek olursak; lazer işaretleyiciler (pointer), oyuncak mağazalarında satılan kedi lazerleri, marketlerdeki barkod okuyucular, medikal uygulamalarda lazerlerle tanı, teşhis ve tedavi, lazer şovlar, bilgisayarlar, holografi, sensör uygulamaları ve daha sayamadığımız birçok uygulama alanı sıralanabilir (10).
Kaynaklar
- Lazerlerin temel prensipleri. Ed. Okan Esentürk, Malik Kaya. 2022. ‘Neden lazerlerle ilgileniriz!’, sf. 1-7, Akademisyen Kitabevi A. Ş. Ankara, Türkiye.
- Boyraz, İ., Yıldız, A. Lazer Çeşitleri ve yüksek yoğunluklu lazer kullanımı. J CONTEMP MED 2016;6 (Case Reports): 104-109.
- Olszewski, S. Time Intervals of the Electron Transitions between the Energy States in the Hydrogen Atom Calculated in a Non-Probabilistic Way. Journal of Modern Physics, 2019;10, 1522-1531.
- Lazerlerin temel prensipleri. Ed. Okan Esentürk, Malik Kaya. 2022. ‘Lazerlerin benzersiz özellikleri’, sf. 9-26, Akademisyen Kitabevi A. Ş. Ankara, Türkiye.
- Lazerlerin temel prensipleri. Ed. Okan Esentürk, Malik Kaya. 2022. ‘Lazerlerin özellikleri nasıl oluşur?’, sf. 27-45, Akademisyen Kitabevi A. Ş. Ankara, Türkiye.
- Lazerlerin temel prensipleri. Ed. Okan Esentürk, Malik Kaya. 2022. ‘Lazer türleri’, sf. 89-101, Akademisyen Kitabevi A. Ş. Ankara, Türkiye.
- S. Ezekiel. RES.6-005 Understanding Lasers and Fiberoptics. Spring 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.
- F. Trager. Handbook of Lasers and Optics. Springer 2012.
- N. Tarakçıoğlu. Lazerler ve Materyal İşleme Uygulamaları. 2004. Atlas yayın dağıtım, Çankaya, Ankara, Türkiye.
- Lazerlerin temel prensipleri. Ed. Okan Esentürk, Malik Kaya. 2022. ‘Gelecekte lazerlerin yeri’, sf. 103-110, Akademisyen Kitabevi A. Ş. Ankara, Türkiye.