Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bursa Teknik Üniversitesi Konu:LAZER Selda HASÇELİK Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Modern fizik Bursa Teknik Üniversitesi

Lazer nedir? Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Lazer; Uyarılmış yayılmalar ile ışığın güçlendirilmesi demektir. Albert Einstein Soğurma Kendişiğinden ışıma Uyarılmış ışıma

Lazerin tarihçesi 1960THEODOREMAIMAN:Yakut (ruby) kristali ile yapılan ilk çalışan LAZER’in keşfi. 16 Mayıs 1960, Hughes Araştırma Laboratuarları. 1961ALIJAVAN,WILLIAMBENNETJR.,DONALDHERRIOT:BellLaboratuarlarındaHeNeLAZER’inkeşfi.1964 J. 1964 J. E. GEUSIC, H. M. MARKOS, L G VAN UITEIT : Bell Laboratuarları ilk çalışan Nd:YAG LAZER

Lazer nasil çalisir? Basitleştirilmiş tipik bir lazer şeması % 98 yansıtıcı ayna %100 yansıtıcı ayna Kazanç ortamı Lazer ışığı Basitleştirilmiş tipik bir lazer şeması http://www.youtube.com/watch?v=MyObdBUgTRY http://www.youtube.com/watch?v=R_QOWbkc7UI

Etkilenmiş ışımada atomlardaki yük salınımları dış kaynağın frekansıyla eş uyumludur. Bu durum normal ışık kaynaklarından gelen ışığın yapısından farklıdır; bir lambadaki atomların yayınladığı fotonlar birbirine göre rastgele fazlarda olurlar. Ayrıca etkilenmiş ışımada çıkan fotonların tümünün etkiyen ışıma ile aynı yönde ilerlediği gösterilir. http://www.youtube.com/watch?v=bWTxf5dSUBE

Etkilenmiş ışıma olayında uyarılmış atomlar üzerine gönderilen ışın demeti ,atomların aynı frekansta fotonlar yayınlayarak gelen ışımayı daha da güçlendirmesine yol açar. Bu güçlendirmenin olabilmesi için atomların başlangıçta uyarılmış bir durumda olması gerekir. Düzeylerin doluluğunda olan bu tersine yer değiştirmeye TERS DOLULUK adı verilir.

Lazer çeşitleri Lazerler elde edilişindeki fiziksel süreçlere göre sınıflandırılabilir ! GAZ LAZERLERİ •Atom Lazerleri Helyum-Neon Lazeri •Molekül Lazerleri CO2 Lazeri Nitrojen Lazeri Uzak kızıl-altı Lazeri Excimer Lazeri •İyon Lazerleri Argon İyon Lazeri Kripton İyon Lazeri •Metal Buharı Lazerleri Bakır Buharı Lazeri Altın Buharı Lazeri SIVI LAZERLERİ Boya Lazerleri KATI-HAL LAZERLERİ Yakut lazeri Nd-Yag Lazeri Ti-Safir Lazeri YARIİLETKAN LAZERLER Diyot lazerleri DİĞER LAZERLER X ışını Lazerler Serbest Elektron lazerleri Fiber Lazerler

Lazerler tehlikelerine göre sınıflandırılabilir ! Class 1 ve 1M (büyütmeli) lazerler güvenli kabul edilir. Class 2 ve 2M (büyütmeli) Class 1’den daha yüksek seviyelerde görünür ışık yayar Göz koruması sağlanır Optik cihazlar ile doğrudan gözlendiğinde tehlikeli olabilir. Class 3R (Restricted) Lazerler Doğrudan izleme koşulları altında tehlikeli olan görünen ve görünmeyen ışık üretir Class 3B lazer Doğrudan izleme koşulları altında tehlikeli olan görünen ve görünmeyen ışık üretir Kısa sürede gözde hasar oluşturacak güce sahiptir Yüksek güçlerde deri yanıklarına sebep olabilir. Class 4 lazerler Yüksek güçte çalışan cihazlar hem göz hem de deri yanıklarına neden olur, Yansımaları tehlikeli olabilir, Yangın tehlikesi oluşturabilir.

Pikoso saniye lazerler Lazerler atımlı veya sürekli olmalarına göre sınıflandırılabilir ! ÖRNEK: Sürekli lazer CO2 Atımlı lazer Nd: YAG Lazerler atım sürelerine göre gruplandırılabir ! Milisaniye Lazerler Pikoso saniye lazerler Atto saniye lazerler Femto saniye lazerler 10^-18 saniye Nanosaniye Lazerler 10^12 saniye 10^-6 saniye 10^-9 saniye 10^-15 saniye

Pulslu lazerler Görünür ışıkta ilk yapılan lazer türü Amerikalı fizikçi Maiman’ın 1960 da yaptığı puls lazeri oldu. http://www.youtube.com/watch?v=2bhh3Khxm0o

Flaş lambasından çıkan pompalama ışığı ile lazerin kendi oluşturduğu ışık arasında başlıca üç fark vardır. Flaş lambasında geniş bir dalga boyu aralığında ışık üretilir. Flaş ışığı uyumsuz, lazer ışığı ise eş uyumludur. Flaş ışığı her yönde yayılırken lazer ışığının uzayda belirli bir yönü vardır.

Sürekli lazerler Bazı amaçlar için sürekli bir lazer ışığı gereklidir. Sürekli lazer adı verilen lazerlerin çalışmasında dört atomik düzey gereklidir. En popüler sürekli, dört düzeyli lazer türü helyum-neon lazeridir.

http://www.youtube.com/watch?v=deDmkgLDanQ

Lazerlerin uygulama alanlari I -Lazer ile malzeme işleme Delme, Kesme, Kaynak, NitrürlemeDelme Lazer ile malzeme işleme tekniği; lazerin yüksek yoğunluklu bir enerji kaynağı olarak bir noktaya odaklanması ve enerji yoğunluğunun kontrol edilebilmesi sanayide gerekli olan tüm işlemlerin(kesme,delme,kaynak,yüzeyişleme,markalama,kaplama)tek sistem ile yapılabilmesine olanak sağlamıştır.

II – Mikroölçekli yapıların üretimi Femtosaniye darbelerle malzemenin işlenmesi sırasında, anlık olarak çok yüksek güçler oluşturulur. Femtosaniye lazerlerin malzeme işlemede kullanılması ile üretimi yapılan Malzemelerin boyutları nanometre (nm) mertebelerine kadar indirilmiştir.

III -Atımlı Lazer Depolama Malzeme yüzeyine odaklanan lazer malzemeyi buharlaştırarak malzeme ile aynı yapıda ince bir film oluşturur.Kısa sürede istenen kalınlıkta yüksek kalitede kaplamalar elde edilir.

Lazerle 3D Malzeme Üretimi Direk dijita lolarak tasarlanan nesneler,herhangi bir kalıba dökmeden ve nesnelerin hareketli parçalarını,takıp sökmeden üretme kmümkün olmaktadır.Bu da matematiksel olarak daha girift veya kalıptan çıkamayacak yeni ürünlerin tasarlanmasına olanak sağlamaktadır.

LIBS : Lazerle Oluşturulan Plazma Spektroskopisi Lazer ile oluşturulan plazma spektroskopisi atomik verilerin ve moleküllerin belirlenmesi için kullanılan analitik bir tekniktir.

Lazerle Nanoparçacık üretimi Geleneksel nanoparçacık üretim teknikleri olan mechanical milling ve griding, veya sol-gel gibi kimyasal teknikler saflık ve üretim malzemesinin çeşitliliği konusunda dez avantajları bulunmaktadır.

Diğer alanlarda kullanimi Mayın temizleme deniz altı haritalama 300 m ileride askeri gemi belirleme robot - lıbs

Lazerlerin özellikleri 1) Hemen hemen tek frekanslı olduğundan tek renkli ışıktır. Aynı frekanslı fotonlardan oluştuğu için tek renklidir. 2) Çok az dağılan bir ışık halindedir. Normal ışığın dağılma açısı çok büyüktür. Lazer ışığının dağılması yok gibidir. Kaynaktan çıkışı 5 mm. olan bir lazer ışığının çapı, 100 metrede 7 mm. ye ulaşamaz. 3) Oldukça güçlü bir ışıktır. Örneğin, güneş ışığının dünya yüzeyindeki akı yoğunluğu 0,1 Watt/cm^2 iken, sürekli çalışan lazerlerin akı yoğunluğu 10^2-10^5 watt/cm^2 arasındadır. Çeşitli yöntemlerle sağlanan lazer ışık akı yoğunluğu 10^12 watt/cm^2 civarındadır. Bu nedenle doğrudan göze girmesi halinde sürekli çalışan lazer ışığının bile insanı kör edeceği kesindir.

Lazer demetini diğer ışık kaynaklarından ayıran özellikler 4) Lazer ışığını oluşturan elektromagnetik dalgalar birbiriyle uyum içinde ilerler. Lazeri oluşturan elektromagnetik dalgalar zaman ve yol bakımından aynı fazlıdır. Lazer demetini diğer ışık kaynaklarından ayıran özellikler •Lazerlerde,sadecefrekansıυ0=(E2-E1)/h olan yani gelen foton ile ayn ıenerji ve frekansa sahip elektromanyetik dalga güçlendirilebilir.

•FrekansUyumlu •Yüksek derecede yönelimli

Lazerlerin diğer özellikleri Açısal Iraksama Lazer ortamı homojen ve ayna düzlemleri mükemmel düzlem olsa bile, dışardan gönderilen ışın demetinin dalga özelliğinden dolayı demetin ıraksaması söz konusudur. Demet merkezi ile birinci kırınım minimumu arasındaki açı olarak tanımlanan ᵟᶱ minimum ıraksama açısı demetin d çapına bağlı olur.

Pulslu lazer demetinin zamana bağimi N2<N1 olduğunda lazer etkisi başlayamaz. Bu süre içinde sadece kendiliğinden geçişler olabilir ve bunlarda eş uyumlu değildir. Daha sonra N2>N1 olduğunda lazer etkisi başlar ve boşluk içinde ışığın şiddeti giderek artar. U artış çığ gibi olur , çünkü etkileşmeli geçişlerin hızı şıma genliğiyle birlikte artar.

Q artirimi

Eş uyum uzunluğu Lazer ışığın normal ışıktan farklı olduğu eş uyum özelliğine tekrar dönelim. Bu özellik eş uyum özelliği denilen parametriyle ölçülür. AB=nλ iki noktayı gözönüne alalım.n tam sayısı çok küçükse,A ve B nin salınımları yaklaşık aynı fazda olur ve yapıcı girişimde bulunabilirler. Fakat n tam sayısı çok büyükse A ve B nin salınımları birbirinden çok değişik fazda, hatta 180̊ farklı olabilir.