İçeriğe atla

Mazer

Hidrojen mazeri (Courtesy NASA/JPL-Caltech)

Mazer ya da maser, atomların, dışarıdan uyarılması neticesinde dışarıya salınan radyasyon yardımı ile elde edilen, genliği yükseltilmiş elektromanyetik dalga. Mazer, önceleri ilk mazerin mikrodalga frekansında çalışması sebebiyle İngilizce (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) cümlesindeki kelimelerin baş harflerinin alınmasından türetilmiştir. Bugünse işitme frekansından itibaren (20 ila 20.000 saykıl/saniye), görünen ve morötesi frekanslı elektromanyetik bölgelerde dahi aynı prensip tatbik edildiğinden mazer, Molecular amplification by Stimulated Emission of Radiation olarak tarif edilmektedir. Mazer, uyarılmış radyasyon (ışın, şua) yayılımıyla mikrodalga veya moleküler dalga kuvvetlendirilmesi demektir. Cihaz, hassas olarak tayin edilmiş frekansta mikrodalga osilasyonları (titreşimleri) ve düşük gürültü seviyeli amplifikasyon (kuvvetlendirme) elde etmeyi sağlar. Bu maksatla atomların ve moleküllerin iç enerjisinden faydalanan bir amplifikatör ve osilatör grubu kullanılır. Aletin çalışmasının temel prensibi olan uyarılmış emisyon (stimulated emission), uyarılmış (aşırı enerji yüklü) haldeki bir atoma, dışarıdan eşit enerjili bir fotonun çarpması sonucu atomun aynı özellikli bir foton yayması şeklinde meydana gelir. Böylece atoma çarpan foton veya dalgalar çarptıkları uyarılmış atomlar tarafından yayılan fotonlarla kuvvetlenir. Bir mazer, gaz veya katı halde aktif bir ortamdan ibarettir. Sistem çeşitli frekanslar halinde elektromanyetik bir radyasyona maruz bırakılır. İçerideki atomların çoğu bu tesirle yüksek enerjili (uyarılmış) hale gelir. Böylece uyarılmış bir frekans meydana gelir. Aktif ortam, rezonans sağlayan bir boşlukla çevrili olduğundan, tek bir çıkış frekansına eşdeğer osilasyon modlu paralel dalgalar meydana gelir. Çok fazla çeşitli, koherent ve tek renk ışık elde etmek amacıyla oluşturulan optik düzenekler mazerdir. Bunların optik frekanslarda çalışanlarına optik mazer veya lazer adı verilir. Birkaç milimetreden daha uzun dalga boyları için rezonatör olarak metal bir kutu kullanılır.Bu kutunun boyutu titreşim modlarından yalnızca biri atomların yaymış oldukları ışınımların frekanslarıyla çalışacak biçimde belirlenir, kutuda yalnızca bir ses frekansında rezonansa uğramış gibi belirli bir mikro dalga frekansında rezonansa gelir.

Mazer dalgaları oldukça kararlı ve monokromatik (aynı frekans ve fazda) olduğu için astronomi ve uzay haberleşmesinde, gürültü seviyesi olmayan yükselticiler olarak kullanılırlar. Mazerde dalga rezonans sistemi, atom enerji seviyelerinden istifade edilerek çalıştığı için, dalga boyları çok küçük olmasına rağmen imal edilmesi mümkündür. Hâlbuki aynı frekansta mevcut hiçbir manyetik dalga rezonatörü yapılamaz. Çünkü rezonatör yapımı dalga boyu büyüklüğü ile sınırlıdır. Mazer dalga boyu 1 mm'den çok küçüktür. Klasik metotlarla elde edilen en yüksek frekansa (daha doğrusu en küçük dalga boyuna) sahip rezonatör radar cihazlarında kullanılmaktadır.

Tarihçe

İlk mazer rezonatörü (osilatör de denir) Charles H. Townes, James Gordon ve Herbert Zeiger tarafından 1954 senesinde yapıldı. Bu mazerde amonyak gazının özel frekansından istifade edildi. İlk mazerde metal çubuklardan yapılmış silindirik bir kafes içerisinde eksen boyunca yol alan bir molekülden yararlanılmaktaydı. Amonyak moleküllerinin bu demetteki uyarılan durumda olanları, sırası ile bir artı bir eksi yüklü olacak şekilde dizilmiş çubukların oluşturduğu elektrik alan etkisiyle, uyarılmamış durumdakilerden ayrılır ve rezonatördeki küçük bir deliğe doğru kayar.İlk mazerin çıkış gücü çok düşüktü (1 mikrowattan küçük) fakat amonyak amonyak moleküllerinin belirlemiş olduğu ışınım dalga boyu sabitti bu dalga boyuyla denetlenen bir saat ancak birkaç yüzyılda 1 saniyelik hata yapacak doğrulukta çalışmaktaydı. Azot atomu amonyak molekülünde (NH3) hidrojen atomları arasında 24.000 MHz ile titreşir. Bu frekansla titreşen amonyak molekülleri, havasız elektrostatik bir ortamdan geçirilirken aynı frekansta titreşen amonyak molekülleri bir hüzme şeklinde rezonatöre gelir. Rezonatör de enerji seviyelerindeki değişmelerle foton üretimine sebep olur. Bu fotonlar aynı fazda, aynı frekansta mikrodalgalar halinde titreşirler. Mikrodalga, rezonatörden dalga kılavuzu ile alınarak yayınlanır. Katı mazerler çok geniş olan frekans bandındaki radyo dalgalarının yükseltilmesinde kullanılır.

Kullanıldığı yerler

Mazerin kullanıldığı en önemli saha haberleşmedir. Haberleşmede karşılaşılan en büyük sıkıntı haberleşme kanallarının sınırlandırılmış olmasıdır. Böyle bir haberleşme trafiğinde yayınların birbirine müdahale etmemesi için, mikrodalga (yüksek frekans) kullanılması gerekir. Mazer bu tür haberleşme için çok uygundur. Mikrodalga ile yayında, yayın yapan istasyonla alıcının birbirini görmesi lazımdır. Bu bakımdan ara istasyonlara ihtiyaç vardır. Dünya etrafında yörüngede bulunan uydular, ara istasyon vazifesi yaparlar. 1962 senesinde yörüngeye oturtulan Telstar uydusu bu vazifeyi icra etmektedir. Telstar 3700-4200 ve 5925-6425 MHz bandlarında mazer yayını alır ve yükselterek yayınlar.Radyoastronomide Venüsün yayınladığı çok zayıf radyo dalgalarının ölçülmesinde ve bununla da gezegenin sıcaklığına ilişkin bilgi sahibi olunmada mazer kullanılır.

Mazerin kullanıldığı bir saha da, uzaya fırlatılan araçların göndereceği bilgiler içindir. Uzay aracı çok küçük ve mesafe çok uzak olduğu için mikrodalga vericisinin hem küçük hem de yaptığı yayının gürültüsüz olarak alınması gereklidir. Mazer bu maksada mükemmel cevap verir. 1964 senesinde 383.180 km mesafedeki ay yüzeyinden Ranger VII ay modülünün gönderdiği TV yayınları ile 1965 senesinde 215.740.000 km mesafedeki Mars yüzeyinden Mariner IV'ün gönderdiği çok net resim yayınları, mazer ile sağlanmıştır. Bu kadar uzak mesafeden optik ve radyo dalgaları ile TV ve resim yayını mümkün değildir.

Mazer yayını ile uzaydaki gazların cinslerini tespit etmek mümkündür. Bu maksatla hidrojen atomu ile 1421 MHz'de çalışan hidrojen mazeri yapılmıştır.Alçak basınçlı rubidyum buharı içeren mazer de frekans standardı kullanılır. Bu mazerde boşluk ile çevrelenmiş saydam göze içerisinde tutulmakta olan rubidyum buharına bir rubidyum lambasından elde edilmiş olan ve uygun filtrelerden geçirilen ışık düşürülür.Düşürülen ışığın etkisi ile uyarılmış atomlar frekanslı dalga yayarlar.

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetik radyasyon</span>

Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla :

Elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS), evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu ve farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre bu tayftaki rölatif yerlerini ifade eden ölçüt. Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı veya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan karakteristik net elektromanyetik radyasyonu tabir eder.

Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standart kuantum yorumları bu paradoksu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan, gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğinin tamamlayıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebileceğini ama ikisinin de aynı anda olamayacağını söyleyen Kopenhag yorumu ile açıklamayı hedefler.

<span class="mw-page-title-main">Işık</span> elektromanyetik spektrumun insan gözü tarafından algılanabilen kısmı içindeki elektromanyetik radyasyon

Işık veya görünür ışık, elektromanyetik spektrumun insan gözü tarafından algılanabilen kısmı içindeki elektromanyetik radyasyon. Görünür ışık genellikle 400-700 nanometre (nm) aralığında ya da kızılötesi ve morötesi arasında 4.00 × 10−7 ile 7.00 × 10−7 m dalga boyları olarak tanımlanır. Bu dalga boyu yaklaşık 430-750 terahertz (THz) frekans aralığı anlamına gelir.

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

<span class="mw-page-title-main">Lazer</span> ışığın uyarılmış radyasyon ile yükseltilmesini sağlayan bir optik düzenek

Lazer ışığın uyarılmış radyasyon ile yükseltilmesini sağlayan bir optik düzenektir. İsmini "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" kelimelerinin baş harflerinden alır ve bu, "ışığın uyarılmış ışıma ile yükseltilmesi" anlamına gelir. İlk lazer, 1960 yılında Theodore Maiman tarafından Charles Townes ve Arthur L. Schawlow'un teorileri baz alınarak üretilmiştir. Lazerin ışıktan daha düşük mikrodalgafrekanslarında çalışan versiyonu olan "maser" ise Townes tarafından 1953 yılında bulunmuştur.

<span class="mw-page-title-main">Hertz</span> SI birim sisteminde frekans birimi

Hertz, SI birim sisteminde frekans (sıklık) birimidir. İsmini elektromanyetik dalgaların var olduğunu ilk kanıtlayan kişi olan Alman fizikçi Heinrich Rudolf Hertz'den alır. Hertz'in yaygın kullanım alanlarından bazıları genelde sesle alakalı uygulamalarda kullanılan sinüs dalgaları ve müzik notalarını göstermektir. Hertz bazen de foton enerji eşitliği ile enerjiyi temsil etmek amacıyla da kullanılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Enerji seviyesi</span>

Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.

<span class="mw-page-title-main">Mikrodalga fırın</span>

Mikrodalga fırın (MD), yiyeceği ısıtmak için mikrodalgaları, yani radyo dalgalarını kullanan bir fırın çeşididir.

Atom fiziği, atomu bir bütün olarak atomların etkileşimlerini, atomun ve moleküllerin yapısı, enerji düzeyleri, dalga fonksiyonlari ve elektromanyetik geçişleri, atomlar arası bağlar, moleküler yapılar, atom modeli, atomik spektroskopide ince yapı ve aşırı ince yapı, spektroskopik gösterim ve enerji seviyeleri, geçiş olasılığı ve seçim kuralları, Zeeman olayı, Stark olayı, moleküler spektrum, iyonik bağlar, dönme, titreşim ve elektronik geçiş spektrumu, lazer gibi bölümleri- inceleyen fiziğin alt dallarından ikincisidir.

Rydberg sabiti, Rydberg formülündeki sabittir ve uyarılmış hidrojen atomunun yaydığı elektromanyetik ışınımın dalgaboyunun hesaplanmasında kullanılır. Bu sabit adını İsveçli fizikçi Johannes Rydberg'ten (1854-1919) almıştır. Sabitin sayısal değeri fizikte kullanılan diğer sabitlerden türetilmiştir.

Düzlemsel lazerle uyarılmış floresan metodu, (İngilizce: Planar laser-induced fluorescence ) akış ve akışkanı "optik yöntemler" ya da "lazerle algılama", görüntüleme ve görselleştirme metotlarından biridir. Niceliksel bir yöntem olan PLIF ile hız, sıcaklık, basınç gibi çoklukları ölçmek teorik olarak mümkündür.

Raman saçılması, lineer optik süreçte, elastik olmayan foton saçılmalarından biridir. Aydınlatma kaynağından gelen fotonların büyük çoğunluğu atom ya da molekülden elastik bir şekilde saçılır. Buna Rayleigh saçılımı denir. Ancak bazıları uyarılmış bir şekilde saçılırlar. Bu tür saçılmada yayımlanan fotonların frekansları elastik saçılmada olduğundan genelde daha düşüktür ve algılanabilmeleri için çok özel dedektörler gerekir.

<span class="mw-page-title-main">İyonlaştırıcı olmayan radyasyon</span> Düşük frekanslı radyasyon

İyonlaştırıcı olmayan radyasyon, bir atomdan veya molekülden bir elektronu tamamen koparabilmek için atomları veya molekülleri iyonlaştırabilecek yeterli enerji taşıyan kuantumlara sahip olmayan herhangi bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Elektromanyetik radyasyon, maddenin içinden geçerken yüklü iyonlar üretmez. Yalnızca, bir elektronu daha yüksek enerji seviyesine çıkaran uyarım için yeterli enerjiye sahiptir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyondan daha yüksek bir frekansa ve daha kısa dalga boyuna sahip olan iyonlaştırıcı radyasyon birçok kullanım alanına sahiptir, ancak sağlık için bir tehdit olabilir. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmak yanıklara, radyasyon hastalıklarına, kansere ve genetik hastalıklara sebep olabilir. İyonlaştırıcı radyasyon kullanmak, iyonlaştırıcı olmayan radyasyon kullanılırken genelde gerekli olmayan dikkatli ve özenle alınmış radyolojik korunma önlemleri gerektirir.

Kimyasal elementlerin ya da kimyasal bileşiklerin emisyon spektrumu atom ya da moleküllerin yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçişinden elde edilen elektromanyetik radyasyonun frekans spektrumudur. Yayılmış fotonun enerjisi iki enerji düzeyi arasındaki farka eşittir. Her atom için birçok mümkün geçişler vardır ve enerji düzeyleri arasındaki her geçiş spesifik enerji farkına sahiptir. Bu farklı geçişlerin toplamı, farklı ışınlar halinde gönderilmiş dalga boylarına ve emisyon spektrumunun düzenlenmesine neden olur. Her elementin emisyon spektrumu özeldir. Dahası, spektroskopi elementlerin madde içindeki bilinmeyen kompozisyonunu tespit etmek için kullanılabilir. Buna benzer olarak, moleküllerin emisyon spektrumları maddelerin kimyasal analizlerinde kullanılabilir.

Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.

Atomik, moleküler ve optik fizik, bir ya da birkaç atomun ölçeğinde, madde-madde ve ışık-madde etkileşimi çalışmadır ve enerji, birkaç elektron voltları etrafında ölçeklenir. Üç alanla yakından ilişkilidir. AMO teorisi, klasik, yarı klasik ve kuantum işlemlerini kapsar. Tipik olarak, teori ve emisyon uygulamaları, elektromanyetik yayılım ve emilme, spektroskopi analizi, lazer ve mazerlerin kuşağı ve genel olarak maddenin optik özellikleri, uyarılmış atom ve moleküllerden, bu kategorilere ayrılır.

Brillouin saçılması Leon Brillouin'den sonra isimlendirilmiştir. Işığın saydam bir cisimden geçmesiyle birlikte ve maddeyle etkileşime girmesiyle birlikte periyodik uzaysal ve zamansal farklılıkları maddenin yansıtıcı indeksinde oluşturmaktadır. Optikte de belirtildiği gibi, yansımanın indeksi saydam malzemede deformasyonla oluşmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Optik saydamlık ve yarı saydamlık</span>

Fiziğin optik alanında, geçirgenlik ışığın bir materyal üzerinden dağılmadan geçebilmesine olanak sağlayan fiziksel bir özelliktir. Makroskopik (büyük) ölçeklerde, fotonların Snell kanununa göre hareket ettikleri söylenebilir. Yarı saydamlık, geçirgenliğin içinde bulunan bir üst kümedir ve ışığın geçmesine izin verir ancak Snell kanununu takip etmek zorunda değildir. Fotonlar, kırınım işaretleri içinde herhangi bir değişim meydana geldiğinde her iki arayüzde de dağınım gösterebilirler. Diğer bir deyişle, yarı saydam bir ortam ışığın ulaşım yapmasına olanak sağlarken saydam olan bir ortam sadece ışığın geçişini onaylamakla kalmaz aynı zamanda görüntü oluşumuna da izin verir. Yarı saydamlığın karşıtı olan kavram opaklıktır. Saydam yani geçirgen olan maddeler oldukça net görülen, tamamının tek bir renge sahip olduğu ya da her rengi içeren bir spekturumu meydana getiren herhangi bir kombinasyona sahip olabilir.

<span class="mw-page-title-main">Atomik emisyon spektroskopisi</span>

Atomik emisyon spektroskopisi, bir numunedeki bir elementin miktarını belirlemek için belirli bir dalga boyunda bir alev, plazma, ark veya kıvılcımdan yayılan ışığın yoğunluğunu kullanan bir kimyasal analiz yöntemidir. Emisyon spektrumundaki atomik spektrum dalga boyu, elementin kimliğini verirken, yayılan ışığın yoğunluğu elementin atom sayısı ile orantılıdır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.