Lazer Nasıl Çalışır?

Lazerler, modern teknolojinin vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Her gün kullandığımız birçok cihazın içinde lazer teknolojisi bulunur. Marketlerdeki barkot okuyucular, gece görüş gözlükleri ve güvenlik kameraları günlük hayatta karşımıza çıkan lazerli cihazlara örnek verilebilir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan robot süpürgelerin pek çoğu da bulunduğu bölgenin haritasını lazer sistemleri kullanarak belirler. Ayrıca tıp alanında da lazer, tedavi amacı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Sanayilerde, inşaatlarda ve endüstriyel alanda lazer kullanımına sıkça rastlanır.

Lazer Nedir?

İngilizce de Laser olarak yazılan Lazer kelimesi “Light amplification by Stimulated Emission of Radiation” kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur. Uyarılmış ışınım yayınımı ile ışığın yoğunlaştırılması anlamına gelen bu terim kısaca yoğunlaştırılmış ışık anlamına gelir. Yani lazerlerde bir ışık kaynağından çıkan ışık dalgasının tepe ve dip noktalarının aynı hizadadır. Bu sayede ışık, doğrusal bir şekilde tek noktadan yayılır.

Lazer Nasıl Ortaya Çıkmıştır?

Lazerin prensipleri 1927 yılında Einstein tarafından ortaya konulan kuantum kavramına dayanmaktadır. İlk lazer aleti 1960 yılında Teodore Maiman tarafından geliştirmiştir. 1967 yılında lazer ile ilgili ilk deneysel çalışmalar başlamış ve lazerin biyostimülan yani biyolojik olarak uyarıcı etkisi anlaşılmıştır.

1968 yılında düşük enerjili lazerin hücreler üzerinde uyarıcı etkili, yüksek enerjili lazerin ise inhibitör etkili olduğunu ortaya çıkarmıştır. İnhibitör etki; bir süreci yavaşlatmak, durdurmak veya engellemek anlamına gelir ve hastalıkların tedavisinde kullanılabilir.

Lazer Nasıl Çalışır?

Lazer cihazlarının temel prensibi bir ışık kaynağından çıkan foton enerjisinin belirli bir ortamdan geçirilerek tek bir doğrultuda hareket eden yeni bir ışın elde etmeye dayanır. Lazer ışınlarını elde etmek için ilk olarak atomları kolayca uyarılabilen katı, sıvı ya da gaz ortam sağlanmalıdır. Ardından enerji kaynağı, elektron enerjisini arttırmak için rezonans ayna sistemi ve fiber-optik bir iletken gereklidir.

Kararlı halde bulunan bir atom foton adı verilen bir ışık birimi tarafından uyarıldığında foton enerjisi ortaya çıkar. Lazer ortamında bu enerjinin ortaya çıkması sağlanır.  Meydana gelen bu foton enerjisi, lazer ortamının iki ucuna konulan rezonans aynalar arasında gidip gelir. Bu sayede foton enerjisi güçlendirilir. Ardından bir çıkış demeti oluşturur. Bu demet; keskin, odaklanmış ve yüksek yoğunluklu bir ışık sağlar. Meydana gelen bu ışık lazer ışığıdır.

Lazer Işığının Fiziksel Özellikleri Nelerdir?

Lazer ışığı, elektromanyetik spektrumda görünür ışık ve kırmızı ötesi bölgesinde yer alır. Lazerin fiziksel özellikleri şunlardır:

Monokromatizm (Tek Renklilik): Lazer ışınları tek bir dalga boyundaki ışınlardan oluştuğu için tek renklidir. Tüm fotonlar belirli bir dalga boyunda tutarlıdır. Bu özelliği sayesinde hassas ölçümler ve tıbbi işlemler gibi spesifik uygulamalar için belli dalga boylarının seçilmesine olanak sağlar.

Koherans (Uyumluluk): Güneş ışını veya elektrik ampulü gibi kaynaklardan çıkan ışık dağınık bir şekilde etrafa yayılır. Normal ışığın tersine lazer ışını dağılmaz, aynı yönde paralel dalgalardan oluşur. Lazer dalgalarının düzenli olmasının nedeni uyarılmış yayınımdır. Normal ışık kaynaklarından yayılan ışın ise rastgele yayınım sonucu oluşmaktadır. Lazerin bu özelliği ile sapma en aza indirilir ve enerjinin bir noktada toplanması sağlanır.

Küçük Diverjans (Küçük Oranlarda Dağılırlık): Diverjans, bir ışık demetinin bir noktadan ne kadar yayıldığını ifade eder. Lazerler genellikle küçük diverjans özelliğine sahiptir, yani ışık demetleri nispeten dar bir açı içinde yayılır. Bu özellik, lazer ışığının yüksek yoğunlukta ince bir çizgi halinde uzun mesafelere ulaşabilmesini sağlar.

Enerji Taşıyıcılık: Lazer ışınlarının büyük bir elektromanyetik alan gücü vardır ve bu özelliklerinden dolayı enerji taşıyıcıdırlar. Lazerler küçük yüzeylere yoğun bir enerji aktarır. Bu enerji absorbe edilebilir, yansıtılabilir ve iletebilir.

Lazerler Nasıl Sınıflandırılır?

Lazerler enerji yoğunluklarına göre yüksek güçlü, orta güçlü ve düşük güçlü lazerler üç farklı grupta incelenir.

Düşük Güçlü Lazerler: Düşük güçlü lazerler; düşük enerjili lazer, düşük seviyeli lazer, yumuşak lazer olarak da bilinir. Düşük güçlü lazerlerde Helyum-Neon gazları kullanılır. Genellikle hücresel tedavi amacı ile kullanılır. Cilt üzerinden yapılan ışınlamalarda tercih edilen bir lazer tipidir. Özellikle, cilt yüzeyine doğrudan uygulandığında etkilidir. 632.8 nanometre dalga boyunda kırmızı ışık yayar. Bu lazerlerin kullanımı emniyetli ve kolaydır. Ancak ışık kaynağına devamlı bakılırsa gözde tahribata neden olabilir.

Orta Güçte Lazerler: Orta güçte lazerler, genellikle yarı iletken lazerler olarak da bilinir ve aktif madde olarak genellikle galyum alüminyum arsenid kullanırlar. Bu lazerler bazı sınıflandırmalara göre düşük kategoriye alınabilirler. Diyod lazer olarak da tanımlanmaktadırlar. Orta güçteki lazerler, tedavi amaçlı olarak geniş bir kullanım alanına sahiptirler.

Güçlü Lazerler (Sert / Sıcak Lazerler): Yüksek güçlü lazerler ürettikleri termal etki nedeniyle sıcak lazerler ismini de alırlar. Güçlü lazerler, cerrahide ve sanayide sıkça kullanılan lazer türleridir. Cerrahi alanında argon, karbondioksit ve neodyum YAG lazerleri; göz hastalıklarının tedavisi ve mikrocerrahi gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Endüstriyel işlemlerde lazer kesme, kaynak, işaretleme ve malzeme işleme gibi işlemlerde sıklıkla tercih edilirler. Güçlü lazerler; hedef tespiti, lazer güdümlü silahlar ve lazer iletişimi gibi savunma sistemlerinde de kullanılır.

Lazer Çeşitleri Nelerdir?

Argon Lazer: Argon lazer, oftalmoloji (göz cerrahisi) alanında sıkça kullanılır. Özellikle retina cerrahisinde, retina dekolmanı gibi durumların tedavisinde kullanılır. Ayrıca dermatolojide cilt lekelerinin ve cilt yüzeyindeki kan damarlarında oluşan rahatsızlıkların tedavisinde de kullanılabilir.

CO2 Lazer: Mikro cerrahi kullanımlar için en uygun lazer çeşididir. Dokuların üst tabakaları tarafından emildiği için ameliyatlarda temiz ve az kanamalı kesi olanağı sağlamaktadır. Ayrıca çapı 0.5 mm' ye kadar olan damarların kapatılmasını sağlar.

Neodyum YAG (Ytrium Aluminyum oxide Garnet) Lazer: Neodymium YAG lazer, yüksek enerji yoğunluğu ve dalga boyu ayarlanabilirliği nedeniyle birçok uygulamada tercih edilir. Özellikle tümör tedavisinde ve endoskopide kullanılır. Lazerle dövme çıkarma işlemlerinde, cilt lekelerinin tedavisinde, ve lazerle epilasyonda kullanılabilir.  

Helyum- Neon (He-Ne) Lazer: He-Ne lazerler, kırmızı renkli ve çıplak gözle görülebilir lazer çeşitlerindendir. Yara tedavilerinde kullanılarak kollajen liflerin ve hücrelerin çoğalmasını sağlar. Ağrıyı azaltır. Ayrıca hassa ölçüm cihazlarında da kullanımı yaygındır.

Lazer Teknolojisinin Geleceği

Lazer teknolojisi artık, birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Lazer cihazları, evrenimiz ve gezegenimiz hakkında daha fazla veri elde etmemizi de sağlamaktadır. Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO), yerçekimi dalgalarını tespit etmek ve uzay-zamandaki dalgalanmaları algılamak için hassas bir lazer interferometre sistemini kullanmaktadır. Bilim insanları, lazerler sayesinde güneş sistemimizin ötesindeki ötegezegenleri görüntüleyebileceğimiz bir sistem üzerinde çalışmaktadır. Tıp, endüstri, savunma sanayi, inşaat sektörü, astronomi gibi birçok alanda önemli bir yere sahip olan lazer teknolojisi, her geçen gün daha da geliştirilmektedir. Gelecekte, lazerlerin kullanım alanı daha da genişleyeceği ve yeni uygulamalarla birlikte yenilikçi çözümler sunulacağı düşünülmektedir.