Lazer

Lazer – (ing. LASER – "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" – "Məcburi şüalanma ilə işığın gücləndirilməsi"). Bu söz 1957-ci ildə Qordon Quld (Gordon Gould ) tərəfindən istifadəyə daxil edilmişdir. Fiziki mahiyyəti məcburi şüalanmanın kvant mexaniki effektindən istifadə etməklə koherent işıq axınının alınmasından ibarətdir.

Lazerlə sınaq

Lazer şüaları sabit amplitudalı fasiləsiz və ya olduqca böyük gücə sahib olan impuls xarakterli ola bilər. Bir çox konstruksiyalarda lazer qurğusunun elementləri başqa mənbədən yayılan şüaları optik gücləndirmə vasitəsi kimi istifadə edilir. Gücləndirilmiş siqnal dalğa uzunluğuna (tezliyinə), fazasına və polyarizasiyasına görə ilkin siqnalla üst-üstə düşür. Bu rabitə qurğuları üçün çox vacibdir. Adi işıq mənbələri, məsələn, közərmə lampası işığı müxtəlif istiqamətlərdə, böyük dalğa diapazonunda səpələyir. Onların çoxu koherent deyillər və bundan əlavə qeyri-lazer mənbələrdən buraxılan işıq şüaları dəqiq polyarizasiyaya da malik deyil. Lazerdə isə bunların əksinə olaraq monoxromatik dağılma bucağı kiçik olan çox dar, koherent və güclü şüalanma baş verir.

Quruluşu

Lazer 3 əsas elementdən ibarətdir:

• Enerji mənbəyi
• İşçi gövdə
• Optik hissə (güzgülər).

Lazer qurğusunun təsviri (Rubin lazeri)

Kosmik lazer silahının konsepti

Mənbədən enerji sistemə verilir. Mənbə kimi impuls lampası, qövs lampası, kimyəvi reaksiya ola bilər. Bunun seçilməsi lazerdə istifadə olunan qüvvənin xassələrindən birbaşa asılıdr. Məsələn, helium-neon lazerləri helium-neon qaz qarışığında elektrik zərrəciklərindən, neodimium aşqarlı aluminium itrit qranatı (YAG lazerləri "neodymium-doped yttrium aluminium garnet", Y₃Al₅O₁₂) ksenon lampasının fokuslanmış işığından, eksimer lazerləri isə kimyəvi reaksiya enerjisindən istifadə edirlər.

Lazer rezonatorlar qurğuya daxil olmuş şüanı gücləndirilmiş mediumda müxtəlif istiqamətlərdə hərəkət etdirərək onların öz-özünə həyəcanlanmasını təmin etmək üçün tətbiq edilirlər. Rezonatorsuz qurğudan yalnız vurulmuş şüanı gücləndirici kimi istifadə etmək olur. Lazer rezonatorunda əsasən iki güzgüdən istifadə edilir. Məcburi şüalanma - həyəcanlanmış atomların onların üzərinə düşən işığın təsiri altında şüalanmasıdır. Məcburi şüalanma zamanı meydana çıxan işıq dalğası tezliyinə, fazasına və polyarlaşmasına görə atomun üzərinı düşən dalğadan fərqlənmir. Bu güzgülər vurulan işıq şüasını yol boyu refleksiya etdirir və beləliklə şüanın yolu böyüyür. Bununla foton stimulyasiya olunmuş emmissiyaya uğradılır. Rezonatorda yalnız rezonans şərtlərini ödəyən müəyyən tezliklər gücləndirilir:

$L=q{\frac {\lambda }{2}}\quad \Leftrightarrow \quad \nu =q{\frac {c}{2L}}$

Burada $q$ əmsal və $L$ rezonans uzunluğudur.

İşçi gövdə işığın dalğa uzunluğunu müəyyən edən əsas faktor sayılır. Lazerlərdə aşağıdakı materiallardan istifadə edilir:

• Maye – məsələn, lazer rəngləyicilər. Bunlar kimyəvi rəngləyicilərin həll olunması üçün tətbiq olunan etanol, metanol, etilenqlikol kimi maddələrdən ibarətdir. Molekulun konfiqurasiyası dalğa uzunluğuna təsir edir.
• Qaz – məsələn, helium-neon lazerlərində istifadə edilən karbon, arqon, kripton qaz qarışıqları. Belə lazer çox vaxt elektrik zərrəcikləri ilə yüklənirlər. Bu lazerlərin kimyəvi üsulla alınan qazlarla işləyən xüsusi növü vardır. Yükləmə aktiv mühitdə gedən kimyəvi reaksiya nəticəsində baş verir. Qaz reaksiyadan sonra tam istifadə edilir və bununla bir dəfə istifadə oluna bilir. Kimyəvi lazerlər yüksək güclü lazerlərə aiddir və yalnız hərbi məqsədlər üçün tətbiq edilir. Misal kimi HCl-Lazer və İod-Lazerini göstərmək olar.
• Bərk cismlər – məsələn, kristal və ya şüşələr. Bütöv material adətən xrom, neodium, erbium və titanla örtülürlər. Tipik istifadə edilən kristallara aluminium-ittrium qranatı (YAG), litium-ittrium ftorid (YLF), sapfir və silikat şüşəsidir. Ən geniş yayılmışı Nd: YAG, titan-sapfir, xrom-sapfir, legirlənmiş xrom stronsium-litium-aluminium (Cr:LiSAF), Er:YLF və Nd:glass(neodiumli şüşə)-dir.
• Yarımkeçiricilər – Bunlar daxilində elektronların enerji dəyişmələrinin şüalanma ilə müşayiət olunmasıyla xarakterizə olunurlar. Yarımkeçirici lazerlər çox yığcamdır. Onlardan məişətdə geniş istifadə edilir. Onlar elektriklə yüklənən lazer diodlarıdır. Lazer diodlarının gücü yaxşı şüalanmada bir vattdan azdır. Multimod diodları pis şüalanmada 10 V-dan aşağı güc tələb edirlər. Bir çip (təx. 0,1 × 1 × 10 mm) daxilində cəmlənmiş lazer diodları bir-biri ilə inteqrasiya oluna bilirlər. Müxtəlif dalğa uzunluğuna, qütbləşdirmə qurğularına malik diodları keyfiyyət itirməsi olmadan bir-biri ilə birləşdirmək olur. Beləliklə 10 kV-dan çox güc alınır.

Lazer yaddaş – informasiyanı saxlamaq üçün nəzərdə tutulmuş xüsusi diskləri oxumaq-yazmaq üçün lazer-optik texnologiyasından istifadə olunması.

Tarixi

1917-ci ildə Albert Eynşteyn işığın absorbsiyasının əksi olaraq məcburi şüalanmanı izah edir. Uzun müddət bu effektin işıq sahəsinin gücləndirilməsi üçün tətbiq edilməsi müəmmalı qalmışdır. Uzun tədqiqatlardan sonra yalnız 1960-cı ildə Teodor Mayman Hyuz şirkətinin laboratoriyasında (Kaliforniya ştatı, ABŞ) Kolumbiya Universiteti və BELL firmasının əməkdaşları ilə birlikdə ilk işləyən lazer düzəltmişdir. Mayman 694 nanometr dalğa uzunluğuna malik qırmızı işıq verən rubin içlikdən istifadə etmişdir. Eyni vaxtda azərbaycan əsilli iranlı fizik Əli Cavan qaz lazerini nümayiş etdirir. Sonralar bu işinə görə Albert Eynşteyn mükafatına layiq görülür.

1980-ci illərdə yarımkeçiricilər texnologiyası uzunömürlü və yüksək keyfiyyətli lazer diodlarının hazırlanmasına imkan yaradır. Bunlar kiçik güc ilə CD və DVD oxuyucularında və ya optik lifli verilənlər şəbəkəsində tətbiq oluna bilirlər. Onlar getdikcə inkişaf edərək kVt sahəsinə yaxınlaşaraq nasos enerji mənbəsi kimi aşağı gücə malik lampa həyəcanlandırıcıları əvəz etməyə başlamışlar.

1990-cı illərdə lazerlər daha da təkmilləşdirilərək lövhə və lifli lazerlər üçün yeni həndəsələrin yaranmasına imkan yaradır. Lifli lazerlər əsrin sonunda hazırlama texnologiyasının imkanları sayəsində geniş tətbiq olunaraq 20 kV-a qədər güc yaratmağa nail olmuşlar. Onlar material emalında tətbiqini taparaq CO2, Nd:YAG lazerlərini sıxışdırırlar.

XXI əsrin əvvəlində rentgen sahəsində attosaniyə impulslarını yaratmaq üçün qeyri-səlis effektdən istifadə edilməyə başlanır. Bununla atomun daxilində vaxt axınını müşahidə etmək mümkün olur.

Hal-hazırda lazer sənaye, kommunikasiya, elm və elektronika sahəsində mühüm əhəmiyyətə malik bir alətə çevrilmişdir.

Tətbiq sahələri

Lazer musiqinin işıqla müşayətçisi kimi.

Ağac emalında lazerin tətbiqi

Lazer yaranan gündən ona tətbiq sahələrini özü axtaran qurğu adı verilmişdir. Lazerin tətbiq sahələri çox genişdir. Onlar göz linzasının düzəlişindən tutmuş nəqliyyat vasitələrinin idarə olunmasına qədər, kosmik uçuşlardan tutmuş termonüvə sintezinə qədər geniş bir spektrdə tətbiq edilirlər.

Lazerin elmdə və sənayedə geniş tətbiqinə onların unikal xassəsi olan koherentlik, monoxromatiklik və yüsək şüa sıxlığı əldə etmək qabiliyyəti səbəb olmuşdur. Məsələn, lazerin koherentliyi onu bir nöqtəyə, görmə üçün çox kiçik bir həddə, cəmi yüz nanometr ölçüsündə olan, difraksiya həddi ilə üst-üstə düşən fokuslamağa imkan verir. Bu lazerlə yazılan qurğularda informasiyanı optik disklərdə (məs. DVD) saxlamaq olur. Yaxşı fokuslaşmış kəsmə, əritmə və hətta buxarlanma üçün kifayət qədər yüksək sıxlıqda şüalanma əldə etməyə şərait yaradır. Məsələn, Nd:YAG lazerləri ikiqat tezlikli rejimdə 532 nm dalğa uzunluğunda işləyərək 10 Vt güclə 1 sm² düşən bir neçə meqavatt enerji əldə etmək imkanı verir. Praktikada şüanı difraksiya sərhədinə qədər fokuslaşdırmaq çox çətindir.

Lazer sənayedə, əsasən isə maşınqayırmada geniş tətbiqini tapmışdır. Burada lazerlə hissələrin mexaniki emalını misal göstərmək olar. Gücləndirilmiş lazer şüası ilə hətta metal hissələri kəsmək, səthi emal etmək mümkündür. Geniş tətbiq sahəsi adi alətlərlə emal oluna bilməyən daha kiçik, yəni mikroölçüdə olan həndəsi səthlərin hazırlanmasıdır. Mikrometr ölçüsündə olan deşiklərin açılması buna gözəl misaldır. Bundan əlavə lazerlə səthlərə qat çəkmək mümkündür. Səthə tökülmüş material tozu lazerlə əridilərək yeni qat çəkilir.

Əgər səthlərdə hər hansı bir həndəsi fiquru naxışlamaq lazım gəlirsə burada da lazerin tətbiqindən istifadə edilir. Dəqiq maşınların işləməsində də lazerin köməyi ilə hissələri bir-birinə dəqiq uyğunlaşdırmaq mümkündür. Burada lazer ölçmə qurğularından istifadə edilir. Bu qurğular bir neçə metr böyüklükdə olan maşınların yalnız şüaların köməyi ilə problemsiz ölçülməsini reallaşdırır.

Hərbdə hədəfə buraxılmış mərmilərin idarə olunması məqsədilə yönləndirici lazer şüalarından istifadə edilir. Hətta lazerdən silah kimi də istifadə olunur. Ancaq lazer silahları sadə lazer olub həddindən artıq böyük gücə malik olduqlarından onların tətbiqi çox əməktutumlu və baha başa gələndir.

Ədəbiyyat

• Anthony E. Siegman: Lasers. University Science Books, Mill Valley/CA 1986, ISBN 0-935702-11-3.
• William T. Silfvast: Laser Fundamentals. 2. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-83345-0.
• Fritz Kurt Kneubühl, Markus Werner Sigrist: Laser. 6. Auflage. Teubner, Wiesbaden 2005, ISBN 3-8351-0032-7.
• Axel Donges: Physikalische Grundlagen der Lasertechnik. Shaker, Aachen 2007, ISBN 978-3-8322-6392-8.
• J. Eichler, H. J. Eichler: Laser. Bauformen, Strahlführung, Anwendungen. 5. Auflage. Springer Verlag, ISBN 3-540-00376-2.

Xarici keçidlər

• Müxtəlif növ yarımkeçirici lazerlər