Lazer Fiziği
Lazer fiziği, uyarılmış emisyonun ve optik geri beslemenin uyumlu, yönlü, monokromatik ışık üretmek için nasıl birleştiğini inceler.
Tanım
Optik bir rezonatör içine yerleştirilmiş, popülasyon inversiyonuna sahip bir kazanç ortamının, uyarılmış emisyon yoluyla ışığı yükselterek uyumlu, yönlü, dar bantlı bir ışın üretme prensiplerinin incelenmesidir.
Kapsam
Lazer fiziği, uyarılmış emisyon yoluyla uyumlu ışık üretimiyle ilgilenen optik alanıdır. Einstein katsayıları aracılığıyla ışık ve maddenin kuantum etkileşimini, pompalanmış bir ortamda popülasyon inversiyonu ve optik kazanç oluşumunu, optik rezonatörün geri besleme sağlama ve modları seçmedeki rolünü, lazer osilatörlerinin eşik ve kararlı durum çalışmasını, sürekli dalga ve darbeli (Q-anahtarlamalı ve mod kilitli) çıkış dahil olmak üzere başlıca lazer sınıflarını ve çalışma rejimlerini, ayrıca lazer ışınlarının uzamsal yapısını kapsar. Bilim, endüstri ve tıp alanlarında kullanılan lazerlerin fiziksel temelini oluşturmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Uyarılmış emisyon optik kazancı nasıl üretir?
- Lazer osilasyonuna ulaşmak ve sürdürmek için hangi koşullar gereklidir?
- Rezonatör, çıkışın spektral ve uzamsal özelliklerini nasıl şekillendirir?
- Başlıca lazer türlerini ve darbe üretim yöntemlerini ayıran nedir?
Anahtar kavramlar
- uyarılmış emisyon
- popülasyon inversiyonu
- optik kazanç
- pompalama
- optik rezonatör
- lazerleme eşiği
- boyuna ve enine modlar
- koherans ve monokromatiklik
Temel kuramlar
- Uyarılmış emisyon ve Einstein katsayıları
- Einstein'ın absorpsiyon, spontane emisyon ve uyarılmış emisyonu ele alışı, bunların oranlarını ilişkilendirir ve uyarılmış bir ortamın ışığı uyumlu bir şekilde yükseltebileceğini gösterir; bu, tüm lazerlerin temelini oluşturan prensiptir.
- Lazer osilasyonu: kazanç, geri besleme ve eşik
- Lazerleme, popülasyon inversiyonlu bir ortamdan elde edilen gidiş-dönüş kazancının rezonatör kayıplarını dengelemesiyle meydana gelir; bu eşiğin üzerinde, kavite modlarında kendi kendini sürdüren, uyumlu bir osilasyon oluşur.
- Rezonatör mod yapısı
- Optik rezonatör, alana ayrık boyuna frekanslar ve enine uzamsal modlar dayatır, bu da lazerin çizgi genişliğini, ışın profilini ve koheransını belirler.
Klinik önem
Lazerler, tıp alanında cerrahide doku kesme ve pıhtılaştırma, oftalmolojide fotokoagülasyon ve refraktif düzeltme, dermatolojik ve estetik tedavilerde, ayrıca tanısal görüntüleme ve spektroskopi için ışık kaynakları olarak kullanılmaktadır; hassas, uyumlu çıkışları kontrollü enerji iletimini mümkün kılmaktadır.
Tarihçe
Einstein, uyarılmış emisyonu 1917'de tanıtmıştır, ancak uyumlu yükseltme, Townes ve meslektaşları tarafından 1950'lerde maser geliştirilene kadar gerçekleştirilememiştir. Schawlow ve Townes, optik lazeri 1958'de ana hatlarıyla belirtmiş, Maiman ise ilk çalışan lazer olan bir yakut cihazını 1960'ta çalıştırarak bu alanı açmıştır.
Öne çıkan isimler
- Albert Einstein
- Charles H. Townes
- Arthur L. Schawlow
- Theodore H. Maiman
İlgili konular
Temel eserler
- siegman1986
- svelto2010
Sıkça sorulan sorular
- Lazer ışığını sıradan ışıktan farklı kılan nedir?
- Lazer ışığı yüksek derecede uyumlu, neredeyse monokromatik ve iyi tanımlanmış yönlü bir ışın olarak yayılır, çünkü birçok yöne ve dalga boyuna yayılan bağımsız spontane emisyon yerine, birkaç rezonatör moduna uyarılmış emisyondan kaynaklanır.
- Bir lazer neden rezonatöre ihtiyaç duyar?
- Rezonatör, ışığı kazanç ortamından birçok kez geçirerek, alanın tekrarlanan uyarılmış emisyon yoluyla birikmesini sağlar ve osilasyonu sürdüren belirli frekansları ve ışın şeklini seçer.