LASER ve Tıpta Kullanımı BMET 301

LAZER

1.LASER nedir? 2. Nasıl çalışır? 2.1. Çalışma Prensibi. 2.2. Dizaynı. 3. Tarihsel gelişim süreci. 4. LASER çeşitleri. 5. Kullanım alanları.

1. LASER Nedir? LASER (Lazer), İngilizce’de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation kelimelerinin baş harflerinden oluşan bir kısaltmadır. Türkçe’ye uyarılmış ışıma ile kuvvetlendirilmiş ışık veya fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynak olarak çevirebiliriz.

LAZER

LAZER

LAZER

Lazerin Temel Özellikleri Lazerden yayılan ışık monokromatiktir ( tek renkli, tek dalga boylu). Normal ışık ise birçok renkten ( veya dalgaboyundan) oluşmaktadır. Son derece düzgün bir ışıktır ve çok az sapar (lazer ışınının dalga boyları eşfazlıdır.) Lazer ışını keskin bir şekilde hedeflendirilebilir ama normal ışık her yöne dağılır; bu da demektir ki lazer ışını küçük bir yere büyük enerjiler verebilir ve böylece çok ince işler yapılabilir. Bu üç özellik lazer ışınını normal ışıktan daha tehlikeli yapmaktadır. Lazer ışını çok küçük bir alanda büyük miktarda enerji depolayabir. 8

Senkron, monokromatik, yönsel ışık dalgaları Lazer Işını Asenkron,çok-yönlü ışık Senkron, monokromatik, yönsel ışık dalgaları

2.Nasıl Çalışır? 2.1. Çalışma Prensibi Laserin temeli atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişleri ile oluşan ışık fotonlarına dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E2 ve E3 olsun. Minimum enerji ilkesine göre atom veya moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E3 seviyesindeki elektron kendiliğinden E2 seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E3 − E2 = hν olan bir foton salar.

a) soğurma b) kendiliğinden ışıma c) uyarılmış ışıma Eğer elektron bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir. Ancak eğer E3 düzeyindeki elektron E3 − E2 enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E2 düzeyine inerse bu şekilde salınan fotonun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve lazerin çalışmasının ana ilkesidir.

Uyarılmış salınımda yayınlanan fotonların yönleri yollanan fotonla aynı doğrultuda. Şimdi çok sayıda atomdan oluşan bir sistem ele alalım. Başlangıçta atomlar en alt enerji düzeyinde bulunduklarından bir şekilde atomların E3 düzeyine çıkarılması gerekir. Bu pompalama (population inversion) olarak adlandırılır. Ayrıca E3 ve E2 arasındaki geçişten lazer ışığı elde edebilmek için atomların E3 düzeyinde kalma süreleri E2 düzeyinde kalma sürelerinden uzun olmalıdır. Ancak bu şekilde E3 düzeyinde bulunan atomların sayısı daima artacaktır

2.2. Dizaynı Lazerin kısaca ve en kaba tabiri, biri %100 yansıtıcı diğeri ise %98 yansıtıcı iki ayna arasına yerleştirilmiş aktif ortamdan oluşur. Aktif ortama dışardan ısı, ışık, elektrik, kimyasal vb. gibi enerji verilerek aktif ortam tetiklerenek foton yayılması sağlanır. Yayılan fotonlar sistemde yer alan iki ayna arasında gidip gelerek hem şiddetini artırır hem de birbirine paralel duruma geçer. Aynalar arasında hareket eden fotonlar belirli bir eşik şiddetine ulaştıktan sonra %98 yansıtıcı aynadan çıkarak lazer ışınını oluşturur. Aktif ortam Dış enerji M2 M1 Lazer

Lazer M1 :%100 yansıtıcı ayna M2 :%98 yansıtıcı aynı Aktif ortam Dış enerji M2 M1 Lazer M1 :%100 yansıtıcı ayna M2 :%98 yansıtıcı aynı Aktif ortam (madde): Helyum-Neon, CO2, Nd- YAG, Ti-Safir, Argon İyon, Yakut vb. gibi maddeler olabilir. Dış enerji: Isı enerjisi, ışık enerjisi, kimyasal enerjisi, elektrik enerjisi vb. enerjileri olabilir.

Lazer/Atom İlişkisi 1. Lazer non-lasing (çalışmıyor) durumunda

Lazer/Atom İlişkisi 2. Flaş tüp ateşlenir ve yakut çubuğunun üzerine ışık gönderir. Işık yakut içerisinde bulunan atomları uyarır.

Lazer/Atom İlişkisi 3. Bu atomların bazıları foton yayar

Lazer/Atom İlişkisi 4. Bu fotonların bazıları yakutun eksenine paralel olarak hareket eder, böylece iki ayna arasında gidip gelirler. Kristalin içinden geçerken, diğer atomları da uyararak salınıma yol açarlar.

Lazer/Atom İlişkisi 5. Monokromatik, tek-faz, yönsel ışık yakutun yarı- saydam aynalı kısmını terk eder -- lazer ışını