Gaz Lazerler Hakkında Genel Bilgiler

09/10/2017

6003

Gaz lazerler elektriğin deşarj olup, aktif medya’nın gaz olduğu ortamdan geçip ışın oluşturduğu lazerlerdir. Gaz lazerler sürekli lazer ışığının (Continues Laser Light)oluşturulduğu ilk lazer türüdür. Ayrıca elektrik enerjisini lazer ışınına dönüştürüp gücün elde edilebildiği ilk lazerlerdir. En önemli lazer çeşitleri He-Ne ve CO₂ lazerlerdir.

He-Ne Lazeri

İlk gaz lazer 9:1 oranla Helyum ve Neon karışımı şeklinde kullanılmıştır. Bu karışım uzun bir tüpe ve iki küresel ayna arasında yerleştirilmiştir. Helyum ve Neon gazı ile çalışan lazerde, gazlar yüksek voltaj altında iyonize hale gelirler. Karışım oranına bakıldığında, karışımın ortalama 90% helyumdan oluştuğu görülür. Bu Helyum atomları mevcut neonlarla çarpışarak ‘excited state (uyarılmış seviye)’e çıkartılır. Daha sonra yüksek enerji seviyesine çıkan atomlar, kazandıkları enerjiyi neon atomlarındaki eş enerji seviyelerine aktarırlar. Bu enerji aktarma işlemi fotonun yayılmasına neden olur.

Oluşan fotonlar aynalar yardımıyla ‘stimulated emission’a uğratılarak yaklaşık olarak 632.8nm’lik kırmızı bir ışık yayarlar. İlave olarak, helyum atomları olmadan Neon atomlarının enerji seviyeleri yükseltilebilir. Fakat bu uyarıldıkları enerji seviyeleri güçlü bir ışın demeti oluşturmak için yeterli olmaz. Bu yüzden, eğer karışımdaki helyum oranı azalırsa eşleşme (coupling) çok azalacağı için sistem lazer olma özelliğini kaybeder. Bunun yanısıra, gazların iyonize olabilmeleri için, deşarj olayının yüksek voltajda gerçekleşmesi gerekmektedir. Genellikle 3mA ile 20mA’lik bir akım sürekli dalga modunda çalışması için yeterlidir. Işının oluşturulma prensibi çoğu diğer lazerlerle benzer şekilde 2 ayna arasında sağlanmaktadır. Bu aynaların biri düz, biri iç bükey olup yansıtma oranları çok yüksek ışığın ortalama yalnızca 1%’i geçebilmektedir. Bu lazerler ortalama 0.5mW ile 50mW arasında güç üretmektedirler.

Avantajları

Boyları küçüktür ve kolay kullanılabilirler
Maliyeti düşüktür
Maliyeti diğerlerine nazaran düşük olmasına rağmen, diğer görünür ışık (visible light) lazerlerine yakın ışın kalitesine sahiptirler.

Karbondioksit (CO₂) Lazerler

Karbondioksit lazerler ilk bulunan lazerlerden olmasına karşın, hala popülerliğini yitirmemiştir. Bunun sebeplerinin başında, çoğu yeni teknoloji lazerlerin hala CO₂ güç çıkışına erişememiş olması gelmektedir. Bu manada, CO₂ lazerler en yüksek güce sahip CW lazerlerdir. Karbondioksit lazerler, 12kV 60mA elektriğin içerisinde CO_{2 ,}N₂, H ve He olan tüpün etki ederek uyarılması mantığı üzerine çalışır. Tüpün içerisinde CO₂’dan sonra en çok bulunan element N₂’dir. Bunun nedeni ise Nitrojenin oluşturulan ‘excited state’i uzun süre enerji kaybı yaşatmadan koruyabilmesi. Yüksek enerjili pozisyonda uzun süre uyarıldıktan sonra normal pozisyonlarına geçmek için fazla enerjiyi yani fotonu dışarıya salarlar ve serbest elektronları da uyararak foton salınımını artırırlar. Bu sayede uyarılmış foton sayısı normal foton sayısını geçerek önce ‘inverse population’u daha sonra da ‘stimulated emission’u oluştururlar.

CO₂ lazerlerde üretilen ışık diğerlerine göre çok daha fazladır. Bunun nedeni ise gaz karışımının bulunduğu tüpün etrafının aynalarla çevrili olup ışının büyük bir bölümünün hızla geri yansıtılmasıdır. Işın kavite ortamında sürekli yansıma yapar ve sonunda yeterli güce ulaştığında dışarı çıkar. CO₂ lazerler kullanım alanına ve uygulamasına göre mW’lardan yüzlerce kW’a kadar değişen bir güç aralığına sahip olup 10600nm dalgaboyunda ışın yayarlar.

Avantajları

CO₂ lazerlerin maliyeti nispeten düşüktür
Geniş bir güç bandına sahiptir
CO₂ ışını; kağıt, tahta, seramik cam vb gibi materyaller tarafından çok kolay absorbe edilir.
Kullanılacak alana göre seçilecek CO₂,N₂, He gibi elementler sayesinde farklı kızılötesi ışın dalgaboylarında ışın üretebilirler.
He-Ne, Argon, Ruby Lazer gibi lazerlere kıyasla ışın kalitesi daha yüksektir.
CO₂ lazerleri Q switching modunda çalıştırmak kolaydır.