Katı Hal Lazerleri Nedir

Katı hal lazerleri, aktif ortam olarak katı formdaki lazer materyallerini kullanan lazerlerdir. Bu tür lazerlerde iletim elementi olarak iyonlar kullanılır. Daha detaylı bakılacak olursa, bu iyonların genellikle ‘rare earth elements (nadir elementler)’ olarak bilinen Nd, Yb, Er vb. gibi materyallerden veya geçiş metallerinden Cr, Ti gibi elementlerden olduğu görülür. Bunun yanısıra sapphire (AL₂O₃), YLF(YLiF₄), YAG(Y₃Al₅O₁₂), LiSAF(LiSrAIF6) gibi kristaller veya Silicate (SiO₂), phospate(P₂O₅) gibi bileşikler de kullanılır. Katı hal lazerleri aktif ortam olarak kullandıkları materyallere göre farklı isimlerle anılır. Örneğin, Yakut (Ruby) Lazer, Neodymium:YAG Lazerler ve Ti(Titanyum)-Safir Lazerler gibi. Bunun yanı sıra fiber lazerler de kullandıkları materyal bakımından bu kategoride anılmaktadır.

Yakut (Ruby) Lazerler

Yakut lazer Ted Maimon tarafından bulunmuş olup, en eski lazer olma özelliğini taşımaktadır. Yakut lazerlerin iletim elementi corundum (Al₂O3) kristali olup, krom ile katkılanmışlardır. Bu lazerlerin ürettiği ışının dalga boyu 694.3 nm’dir. İlk bulunduğu zamanlarda tek darbeli (single pulsed) mantığıyla çalışan Ruby Lazerler daha sonra CW (continuous wave/ sürekli dalga) operasyonu da dahil edilip devamlı çalışabilir hale getirilebildi. Bu lazerler temel prensibinden uzaklaşmamış bu yüzden de kullanım zorluğu olan lazerlerdir. Ruby lazerlerde population inversion oluşabilmesi için çok büyük bir enerji kaynağıyla pompalanmaları gerekmektedir. Bu yüzden, bu tarz lazerler flashlamp ile uyarılırlar.

Neodymium: YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet)

Nd:YAG lazerler neodyum katkılı alüminyum-garnet-itriyum ortamı olan bir katı hal lazeridir. Pompalama işlemi diyod ya da flaş lamba ile yapılarak sistem uyarılır. Lazer ışığının dalga boyu 1.06 µm’dir ve meydana gelen ışık demeti fiber optik kullanılarak taşınır. DC ark lambaları ile uyarıldığında, 5 kWatta kadar güce sahip devamlı dalga boylu lazer ışığı üretebilirler. Nd:YAG lazer özelliklerinden dolayı metal yüzeyler tarafından soğurulması CO₂ lazerlerden daha iyi olduğundan bu lazerlerin kullanılması daha uygundur.

Nd:YAG sistemse yapısı bakımından diğer lazerlerden biraz farklı olup, daha detaylı bir çalışma prensibine sahiptir. Nd:YAG 4 seviyeli bir sistem olmasıyla birlikte Neodynium (Nd₃₊)’un E₄ seviyesine pompalanma işlevi krypton arc lambası ile yapılır. Dalga boyu 720nm ile 800nm olan pompalama ışığı, E₁ (Ground State) seviyesindeki iyonları uyararak E₄ seviyesine çıkmalarını sağlar. E₄’ten E₃ seviyesine serbest geçiş yaparak (non-radiative radiation) metastable duruma ulaşırlar. Böylelikle elektronlar E₃ seviyesinden E₂ seviyesine geçerek stimulated emission’u başlatmış olurlar ve 10600nm lik dalga boyuna sahip lazer ışığını yayarlar.

 Avantajları

• Çok güçlü bir pompalama ışını uygulanmasa dahi, yüksek miktarda kazanç elde edebilirler (High in Laser Gain)
• Gereken minimum pompalama gücü düşüktür (Low threshold pump power)
• Pompalama işlemi diyodla veya flaş lamba ile yapılabilir.
• Q- switching yöntemiyle hem CW mode’da hem de darbeli olarak çalışabilir.

Dezavantajları

• Ortalama 5mm’den daha kalın madde kesimi için uygun değildir.
• İnce plaka kesimi uygulamalarında fiber lazerler kadar hızlı değillerdir.
• Hafif materyallerde radyasyon emilimi düşüktür