Güven GÜNEYSU

1. Güven GÜNEYSU 040214055

2. Yarıiletken Lazerler

3. Lazer Nedir: Lazer, enerji kazanmış atomların foton salış biçimlerini yöneten bir aygıttır. Laser “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (radyasyon yayılımının uyarılmasıyla ışığın güçlendirilmesi) sözcüklerinin ilk harflerinden türetilmiş bir kısaltmadır. Bu isim bir lazerin nasıl çalıştığını da gayet açık bir biçimde anlatıyor.

4. %100 yansıtıcı ayna % 98 yansıtıcı ayna Kazanç ortamı Lazer ışığı Basitleştirişmiş tipik bir lazer şeması

5. Lazer Işığının Özellikleri: Lazer ışığı normal ışıktan farklı özelliklere sahiptir. Bu farklı özellikleri şöyle sıralayabiliriz; 1)Yayınlanan ışık tek renklidir (monokro- matik). Belli tek bir dalga boyu (tek bir renk) içerir. Işığın rengi elektron daha düşük bir yörüngeye düştüğünde salınan enerjiyle belirlenir.

6. 2) Yayınlanan ışık düzenlidir. Her foton ötekilerle uyum içinde hareket eder. Bunun anlamı; fotonların hepsinin birlikte harekete başlayan dalga cephelerine sahip olmalarıdır. 3) Işık son derece yönleniktir. Bir lazer ışığı çok dar bir demetten oluşur, çok güçlü ve yoğundur. Buna karşılık bir el feneri, ışığını her yöne yayar, ışık çok zayıf ve dağınıktır

7. LAZER ÇEŞİTLERİ Gaz Lazerleri Sıvı Lazerleri • Atom Lazerleri • Helyum-Neon Lazeri (632.8nm) • (0.5-100mW) • Molekül Lazerleri • CO2 Lazeri (10.6µm) • (1-10000 W) • Nitrojen Lazeri (337nm) • (250 kW-1MW) • Uzak kızıl-altı Lazeri (99-373 µm ) • (1kW ve 100mW) • Excimer Lazeri (KrF, XeF,ArF) • İyon Lazerleri • Argon İyon Lazeri (488nm) • (50mW-50W) • Kripton İyon Lazeri • Metal Buharı Lazerleri • Bakır Buharı Lazeri (510.5nm) • (1MW) • Altın Buharı Lazeri • Boya Lazerleri Katı-hal Lazerleri Yakut Lazeri Nd-YAG Lazer Ti-Safir Lazeri Yarı-iletken Lazerler Diyot Lazeri Diğer Lazerler • X-Işını Lazerler • (40-400Å) • Serbest Elektron Lazerleri • (248nm-8mm) • (1GW ve 10 W) • Fiber Lazerler

8. Yarıiletken Lazer Yarıiletken lazerleri prensipte LED’lerden çok farklı değildir. Bir p-n eklemi aktif ortamı oluşturur; böylece lazer ışığını elde etmede sağlamamız gereken diğer şartlar nüfus tersinmesi ve optik geri beslemedir. Uyarılmış salma elde etmek için, birçok uyarılmış elektron ve boş hallerin (hollerin) bir arada bulunduğu bir aygıt bölgesi bulunma zorunluluğu vardır.

9. Bu çok yüksekçe zenginleştirilmiş n ve p tipi maddelerden oluşan bir ekleme, pozitif yönde gerilim uygulamasıyla elde edilir. Böylece n tipi maddede Fermi seviyesi (= Fermi enerjisi olarak isimlendirilen karakteristik (özel) bir enerji seviyesidir) iletkenlik bandı içindedir. Benzer şekilde p tipi madde de ise fermi seviyesi değerlik bandının içinde bulunur.

10. Böylece dejenere madde olarak adlandırılan maddelerden oluşturulan bir eklem içinde denge ve pozitif yönde gerilim uygulanmış halin enerji bant diyagramı şöyledir; yoğun şekilde zenginleştiril- miş p-n eklemi: (a) denge ve (b) pozitif yönde (kesikli çizgiler (a) dengede ve (b) pozitif yönde gerilim uygulandığındaki Fermi seviyesini gösterir)

11. Eklem Eg/e enerji aralığı gerilimine yaklaşık olarak eşit bir gerilimle pozitif yönde bir potansiyel farka tutulursa, elektron ve holler “aktif bölge” olarak adlandırılan dar bir bölgede, bir nüfus tersinmesi yapacak sayıda eklem içine sokulurlar.

12. d kalınlığı yük taşıyıcıları- nın difüzyon boyların- dan kestirilebilir ve ti- pik olarak 1mikrometre gibi oldukça küçüktür. D genişliği ise radyasyon mod hacmi- nin boyutunu göster- mek üzere kullanılır. Bir çok lazerde D<d olmakla birlikte diyot lazerlerinde tersi bir durum söz konusudur.

13. Diyot lazerleri genelde pozitif geri besleme için harici aynaları kullanmak gereksizdir. Yarıiletken maddenin yüksek kırma indisi, madde/hava ara yüzeyindeki yansımanın 0,32 civarında bir değere sahip olması durumunda bile yeterince büyük olması ile otomatik olarak sağlanır.

15. Lazer Diyotların Özellikleri • Diyot lazerlerinin boyutlarının küçük olması kullanım yerleri açısından çok önemlidir. • İç kuantum veriminin 1’e yakın olması diyot lazerlerinin potansiyel olarak çok verimli olacaklarını göstermektedir hatta bu diyot lazerler tüm lazerler içinde en verimli olanıdır.

16. En faydalı uygulamaları oda sıcaklığında çalışabilir olmasıdır. • Önemli bir başka özelliği gigahertz bölgesine ulaşan frekanslarda doğrudan modüle edilebilmeleridir. • Lazer diyotları, çıkışları akımı değiştirerek kolaylıkla açık ve kapalı yapılabildiklerinden dijital iletişimde oldukça geniş bir şekilde kullanılabilmektedirler.

17. Dezavantajları • Optik iletişim sistemleri lazer diyotlarının ahenk özelliklerini pek fazla kullanmaz ve aslında zararlı bir ortamda LED’ler daha ucuz ve güvenilir olmaları sebebiyle lazer diyotlarından daha çok tercih edilmektedir.

18. Bununla birlikte lazer diyotlarının bir akım atmasının açık hale getirilmesiyle lazer radyasyonun sadece kısa bir gecikme sonrasında üretilmesi ve birde çıkış radyasyonunun herbir atma üzerine yerleştirilmiş hızlı titreşimlere sahip olması dezavantajları bulunmaktadır.

19. Lazer Diyot Tipleri

20. Eşik akımları şekilde de görüldüğü gibi akımı aktif bir bölgede dar bir şerit içinde şıkıştırarak daha da düşürebilir.

21. Bu şeklimizde ise yüksek dirençli bölgelerin diyot içinde yapılması gibi çok değişik şekillerde yapılabilir. Şerit geometrili çok eklemli aygıtlar 1 amp’den küçük akımlarla -10mW gibi bir çıkış gücü verir. Bu şerit geometrisinin bir avantajı çıkış radyasyonunun tesir radyasyonunun tesir kesiti alanının radyasyonu bir fiber optik kabloya kolay çiftlenmesini sağlayacak şekilde indirgenmiş olmasıdır. Şerit lazerleri de daha kararlı bir çıkışa sahip olma meylindedirler.

23. Lazer Dalga Boyları Lazer Türü Dalgaboyu(nm) -Argon florür (UV) 193 -Kripton florür (UV) 248 -Ksenon clorür (UV) 308 -Azot (UV) 337 -Argon (mavi) 488 -Argon (yeşil) 514 -Helyum neon (yeşil) 543 -Helyum neon (kırmızı) 633 -Rodamin 6G boya (ayarlanabilir) 570-650 -Yakut (CrAlO3) (kırmızı) 694 -Nd:Yag (NIR) 1064 -Karbondioksit (FIR) 10600

24. Yarıiletken Lazerler İçin Eşik Akım Yoğunluğu Eşik akım yoğunluğunda lazer olayının başlaması yandaki şekilde de görüldüğü gibi yayıcı bölgenin ışımasında ani bir artışla belirlenir. Enerji (b) şeklinde gösterilen modların bir tanesine kanallanır ve böylece spektral kalınlıkta (c) şeklindeki gibi eşik değeri üzerinde belirgin bir düşüş not edilir.

26. LAZER UYGULAMALARI Lazerler; endüstride, bilimsel araştırmalarda, haberleşmede, tıp ve askeri alanlarda gün geçtikçe daha da önemli olmaktadır. Bu konulardaki uygulamalara birkaç örnek vermek gerekirse; Endüstride:• Her türlü malzemeyi çok hassas bir şekilde kesme, delme, eritme, lehimleme ve şekil verme işlemleri , • Mikroelektronik’te dirençlerin aktif veya pasif olarak 0,01% hassasiyetinde üretilmeleri,

27. • Chip üretiminde hat kalınlıklarının 0,25 µm’den az olarak desenlendirilmesi, • Yeni maddelerin analiz işlemlerinin yapılması, • Yüksek ve uzun yapıların düzgünlüğünün ölçümü, • Yüzey sertleştirmelerinde kullanılırlar.Bilimsel araştırmalarda:• Çok hassas bilimsel ölçümlerde (ışık hızı ölçümü), • Yerküre üzerindeki hareketlerin hassas ölçümü, • Malzemelerin kimyasal analizlerinde kullanılırlar.

28. Haberleşmede:• Yeryüzü ile uydular arası haberleşme sistemlerinde, • Dünya üzerindeki haberleşme ağında fiber-optik sistemlerle birlikte kullanılması, • Yüksek yoğunlukta ses ve görüntü bilgileri depolanması (compact disc, video disc), Tıp alanında:• Zarar görmüş dokuları keserek almak, • Yaraları iyileştirmek, • Kanamayı durdurmak, • Göz retinasında oluşan zedelenmeleri gidermek,

29. Askeri alanlarda:• Askeri uygulamalarda lazerleri vazgeçilmez yapan özellikleri kısaca tanımlarsak:• Açısal hassasiyet (ışınımlarının doğrusal şekilde olması) • Uzun mesafelere ulaşma (Lazer gücünün yüksek olması) • Mesafe ölçümünde hassasiyet (darbe genişliğinin çok dar olması) • Selektif tespit (spektral band aralığının çok dar olması sebebi ile) • Kullanım kolaylığı (küçük boyutta ve hafif olmaları)

30. Lazerlerin Askeri UygulamalarıYüksek güçlü lazerler:Mega watt mertebesinde çıkış güçleri olan bu tür lazerlerin yakıcı etkisi ABD, Fransa ve İngiltere gibi bazı ülkelerce hedeflerin direkt tahriplerinde kullanılmaktadır.Orta Güçlü Lazerler:Mevcut uygulama alanları:• Mesafe bulma • Hedef takibi • Füze ve bomba güdümü • Hedef işaretleme

31. Lazerle Mesafe BulmaGönderilen lazer ışığı hedeften yansıyarak cihaz üzerinde bulunan bir almaç tarafından algılanır. Geçen zaman periyodu (T) basit olarak formülize edildiğinde istenilen mesafe hassas olarak bulunur.Lazerle mesafe bulma Mesafe D=C*T/2 C=300m/µsn. (ışık hızı)

32. Hedef TakibiLazer, önceden tanımlanmış bir patern üzerinden tarama yapar. Patern içinde yansıma tespit edilirse, tarayıcının mevcut konumuna göre açı (yan-yükseliş) ve mesafe bilgileri elde edilir. Bu prensip yerden-havaya atış kontrollerinde ve Lazer güdümlü füzelerde uygulanır. Lazerle hedef takibi

33. Füze ve Bomba GüdümüHedef, Lazer ışını ile ileri gözetleyici/ helikopter/ uçak tarafından aydınlatılır. Lazer güdümlü bomba veya füze hedeften yansıyan ışına kilitlenerek hedefe gönderilir.

34. 1 Ekim 1967 yılından Aralık 2005 yılına kadar geçen süre içerisinde Tübitak tarafından yayınlanan Bilim ve Teknik dergisinin 457 sayısının olduğu DVD’nin satış adresi:Tübitak Kitap Satış Bürosu Atatürk Bulvarı No:221 Kavaklıdere/ANKARA Tel: 0312 467 32 46 fiyatı 5 ytl

35. Kaynaklar • www.latarum.com.tr • www.elektronhareketi.com • Tübitak Bilim ve Teknik dergisi, 04. 2007 • Optoelektronik, J. Wilson- J.F.B. Hawkes • Lasers, W. Milonni- J.H. Eberly