Hazırlayan: B. Serhat Cengiz
Lazer, uyarılmış emisyon elektromanyetik radyasyona dayalı bir optik amplifikasyon işlemi vasıtasıyla ışık yayan bir cihazdır. "Lazer” terimi, "uyarılmış emisyon yayılımı ile hafif amplifikasyon” (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) kelimelerinin kısaltması olarak ortaya çıkmıştır.
İlk lazer, Theodore H. Maiman tarafından 1960 yılında Hughes Research Laboratories’de Charles Hard Townes ve Arthur Leonard Schawlow’un teorik çalışmalarına dayanılarak inşa edilmiştir.
Bir lazer, diğer ışık kaynaklarına göre tutarlı bir şekilde ışık yayar. Mekansal tutarlılık, bir lazerin sıkı bir noktaya odaklanmasını ve böylece lazerle kesme ve litografi gibi uygulamaların yapılmasını sağlar.
Uzaysal tutarlılık, bir lazer ışınının uzak mesafelerde daraltılmasına (kolimasyon) olanak tanıdığından, lazer işaretçileri gibi uygulamaları mümkün kılar. Lazerler, aynı zamanda, çok dar bir spektrumla ışık yaymalarını sağlayan, yani tek bir ışık rengini yayabilen yüksek zamansal tutarlılığa da sahip olabilirler.
Zamansal tutarlılık, bir femtosaniye kadar kısa bir darbe üretmek için kullanılabilir. Birçok uygulama arasında lazerler optik disk sürücüleri, lazer yazıcılar ve barkod tarayıcılarda kullanılır;
DNA dizileme araçları, fiber optik ve serbest alan optik iletişimi; lazer cerrahisi ve cilt bakımları; kesme ve kaynak malzemeleri; hedefleri işaretlemek, menzil ve hız ölçmek için askeri ve kanun uygulama aygıtları ve eğlence amaçlı lazer aydınlatma ekranları gibi alanlarda kullanılmaktadırlar.
Endüstride Lazerler
Lazerler endüstride birçok farklı uygulamada kullanılmaktadır. Temel olarak bir ayrım yapmak gerekirse, malzemelerin işlenmesi ve diğer tüm uygulamalar olarak ikiye ayrılabilir. Malzeme işleme kesme, delme, kaynak vb. içerir ve bu işlemler için genellikle yüksek güçlü lazerler kullanılmaktadır.
Malzemelerin işlenmesinde lazer kullanmanın birçok önemli avantajı vardır. Takım ucunun keskinleştirilmesi ve sıklıkla değiştirilmesi gereken normal işleme aksine, bir kontak aleti gerekli değildir. Aletlerle işlemek çok zor veya imkansız olan gevrek veya çok esnek malzemeler, lazerler kullanılarak işlenebilir.
Örneğin, 1960’lı yıllarda ilk lazer uygulamalarından biri, hassas ve steril olması gereken bir işlem olarak, bebek biberonunun lastik meme ucunda delik açılmasıydı. Fiber optiği kullanarak, daha önce erişilemeyen konumlara erişim de mevcuttur.
Lazer işleme, bilgisayar ve robot kontrolüne izin vermek adına kolayca otomatikleştirilmiştir. Yeni yüzey alaşımlarının üretilmesi ve malzemelerin sertleştirilmesi de dahil olmak üzere yeni işleme türleri geliştirilmiş ve geliştirilmeye devam edilmiştir.
Ancak, avantajlarının yanı sıra lazerler kullanımında bazı problemler de mevcuttur. Büyük çaplı delikler açma gibi bazı işleri lazerlerle gerçekleştirmek zordur.
Lazerler ve optikler, temiz ve titreşimsiz ortamlarda en iyi sonucu verir, dolayıyla sanayi üretimi yapılan her tesiste bu ortamı yaratmak mümkün olmayabilir. Lazer sistemlerinin, başlangıç maliyetleri büyük olabilir ve bu nedenle çoğunlukla büyük sanayi ile sınırlıdır.
Düşük güç verilen malzeme emilim ve ısı iletimi özelliklerine bağlı olarak ısınır. Bu kavramı kısaca örneklendirirsek, bir ayna ışığın çoğunu yansıtırken, donuk bir siyah yüzey ışığın çoğunu emer. Daha iyi iletken özellikler, ısının daha hızlı akacağı ve yerel sıcaklığın sabit kalmayacağı anlamına gelmektedir.
Sıcaklığı arttırmak için lazer gücü yeterince arttırlırsa, yüzey katı halden sıvıya dönüşerek erir. Güç oldukça yüksek olursa, malzeme doğrudan buharlaşabilir, yüzey atomları gaza dönüşebilir. Daha da yüksek güçlerde oluşan bu gaz molekülleri, bir plazma, yüklü iyon bulutu olarak bilinen şeyi oluşturmak üzere iyonize olurlar.
Bu noktada, plazma olaylı lazer ışını engellediği için verimlilik dramatik bir şekilde düşer. Uygulanacak materyal işleminin türüne bağlı olarak, çoğu uygulamada nabızlı lazerler kullandığından, lazerin yoğunluk aralığı ve nabız süresi belirlenecektir.
Büyük bir düşük yoğunluklu uygulama ise, ısıyla işlem gören yüzeylerdir. Yerel ısıtma, malzemenin kristal özelliklerini değiştirir ve onu sertleştirebilir. Bu, dönüşümlü sertleşme olarak bilinir ve aynen demircilerin at nalını ısıtması ve sertleştirmek için vurması gibi düşünülebilir.
Bir başka örnek ise, kurşun kalemlerde kullanılan bir karbon şekli olan grafitin son derece yüksek basınca maruz bırakılmasıyla suni elmas üretilmesidir. Günümüzde karbon dioksit lazerleri, otomotiv endüstrisinde motor ve diğer parçalardaki silindirler için çelik sertleştirmek amacıyla kullanılmaktadır.
Lazer Yüzey İşlemi
Lazer yüzey işlemenin lazer materyali işleme alanında çok büyük bir büyüme potansiyeline sahip olduğu iddia edilmektedir. Lazer yüzey işlemleri, istenilen yüzey özelliklerini elde etmek için çok çeşitli imkanlar sunmaktadır.
Lazer teknolojisi makine bileşenlerinin, aşınmasını azaltmak ve yorulma direncini arttırmak adına kullanılmaktadır. Sert yüzey katmanlarına ihtiyaç duyulan, sert ve muhtemelen ucuz taban malzemelerinde ve ölçülebilir ısıl bozulmalara izin verilmeyen yerlerde etkinlikle kullanılmaktadır.
Lazerle yüzey işlemi ilkesi, yüksek güç yoğunluğuna sahip uyumlu bir ışık demeti ve belirlenmiş bir atmosfer (vakum, koruyucu veya işlem gazları) içindeki yüzey arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak bir yüzeyin modifikasyonudur.
Bir rezonatörde üretilen ışık bir optik iletim sistemi (ayna sistemleri veya fiber optik) yoluyla bir numunenin yüzeyine yönlendirilir.
Belirli bir ortalama optik çıkış gücünden başlayarak, gücün odaklanmış spot alanına oranı olan gerekli güç yoğunluğu ve ışın boyunca yoğunluk dağılımı, camlar, aynalar, tarayıcı üniteleri veya ışın entegratörleri gibi kiriş odaklama ve / veya ışın şekillendirme optikleri tarafından modifiye edilir.
Lazer ışınının iş parçası üzerinde hareket ettirilmesi sırasında, bir parçanın yüzeyinde sırayla bir iz deseni oluşturulabilir. Ardından, etkileşim süresi, kirişin enine kesiti ve besleme hızı tarafından belirlenir.
Prosesin türüne ve iş parçası geometrisine bağlı olarak, bu gibi nispi harekete ulaşılabilmesi için çeviri aşamaları, portal sistemleri veya robotlar kullanılabilir.
Işın ve / veya iş parçası için uygun bir sistem öncelikle hassasiyet, işleme hızı ve ele alınması gereken kitlelere bağlıdır. İş parçasının sabitlenmesi ve hizalanması için gereken süre ile yatırım maliyetleri diğer önemli unsurlardır.
Kaynakça/References
• Gould, R. Gordon (1959). "The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. In Franken, P.A.; Sands
R.H. (Eds.). The Ann Arbor Conference on Optical Pumping, the University of Michigan, 15 June through 18 June 1959.p. 128. OCLC 02460155.
• "laser”. Reference.com. Retrieved May 15, 2008.
•http://emrtk.uniiskolc.hu/projektek/adveng/home/kurzus/korsz_anyagtech/1_konzultacio_elemei/laser_surface_treat.htm
• https://minerva.union.edu/newmanj/Physics100/Applications/lasers_in_industry.htm
