Geçenlerde Amerikan savunma sanayisi tarafından geliştirilen ve füzeleri lazerlerle havada patlatan bir sistemin satışa sunulduğunu okumuşum.  Bu haberi okuduktan sonra lazerlere olan ilgim daha da artmıştı.  Malum, artık bu gün lazerler sensörlerde, haberleşmede ve savunma sanayinde bolca kullanılan bir cihaz haline geldi.

laser-weapon-us-navy-lab

 

Lazerlerin, çalışma mantığı olarak normal ledlerden bir farkı yok.  Normal ledlerden tek farkı, yapıldığı yarı iletken malzemenin içerisine metalin karıştırılmasıdır.   Ledlerde yarı iletken malzeme olarak silisyum kullanılırken, lazerlerde bu malzeme alüminyum ve galyum arsenid’in  alaşımından oluşuyor. Bu tür bir alaşım malzemenin kullanılmasının amacı, led içerisinde oluşan fotonun yönlendirilmesini sağlamaktır. Metallerin yansıtma özelliklerinden dolayı led içerisinde oluşan fotonlar iki yarı iletken çeperine çarparak aynı doğrultuda yansırlar. Bu sayede lazer dışına çıkan ışınlar aynı doğrultuda ilerleyerek etrafa yayılmaz.

http://www.explainthatstuff.com/semiconductorlaserdiodes.html
http://www.explainthatstuff.com/semiconductorlaserdiodes.html

Yukarıdaki şekilde gördüğünüz gibi lazerlerin yapısı da ledlerin yapısı ile aynıdır.  İki tip yarı iletken birleştirildiğinde bu iki yarı iletkenin arasında oluşan nötr bölgede(deplation Layer) fotonlar salınır.  Aliminyum ve galyum arsenayd alaşımı bir yarı iletken içerisinde bu fotonlar iki çeper arasında yansıyarak aynı yönü kazanmış olurlar.

Lazer ışının dalga boyu yani rengi bu iki yarı iletken malzemenin arasında kalan nötr bölgenin(deplation layer) uzunluğu ile alakalıdır. Çünkü elekronlar N tipi yarı ilekenden P tipi yarı ilekene geçerlerken fotonlar bu nötr bölgede salınır.

Peki foton bir atomdan nasıl ve niçin salınır?  Bu sorunun cevabı kuantum fiziğinin en temeline, Plank sabitine dayanıyor.  Kuantuma göre elekron, enerji kaybettiğinde bu enerji elektrondan kuant olarak yani ışık olarak salınır ve elektron bir alt enerji seviyesindeki yörüngeye geçer.  Elektrona bir kuant yani ışık çarptığında ise elektron enerji kazanarak bir üst enerji seviyesi olan yörüngeye geçer. Plank sabiti ile elektromanyetik dalganın frekansının çarpımı, ışınımın enerjisini verir.

hyde1
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hyde.html

 

 

Peki Ledlerde elektronlar N tipi yarı iletkenden P tipi yarı iletkene geçerken neden enerji kaybeder? Bu sorunun cevabı ise Led’in en temel çalışma mantığında gizli.  Ledlerde ya da diyolarlada (Ledler de diyottur.) N ipi yarı iletkende moleküler olarak fazladan elekron bulunurken P tipi yarı iletkende moleküler olarak fazladan elektron boşlukları vardır.  Elektronlar N tipi yarı iletkenden P tipi yarı iletkene geçerlerken P tipi yarı iletken içerisindeki bu elektron boşluklarını doldurular. Elektronların boşlukları doldurmaları demek, bir alt enerji seviyesindeki aom yörüngelerine girmesi anlamına gelir. Yani elektronlar enerji kaybederek ışıma yaparlar.  Bu ışımanın frekansı yani rengi ise iki yarı iletken arasında oluşan nör bölgenin genişliği yani iki yarı iletkenin enerji farkı ile alakalıdır.

http://www.ledacademy.net/1-1-how-led-works/
http://www.ledacademy.net/1-1-how-led-works/

Lazer ledlerin normal ledlerden bir diğer farkı ise Lazer Led’in daha fazla akım çekmeye çalışmasıdır.  Şunu demek istiyorum; eğer siz 2.5 ya da 3 voltluk bir pili lazere direk olarak bağlarsanız Lazer Led deforme olacak ve çok az ışık vermeye başlayacaktır.   Bunun sebebi lazer’in çektiği akımın büyük ve fotonların birbirlerine çarpmasına göre değişken olmasıdır.  Bu yüzden Lazer Led kullanılırken Akım düzenleyici ile kullanılır.

 

 

 

http://laserpointerforums.com/f42/diy-homemade-laser-diode-driver-26339.html
http://laserpointerforums.com/f42/diy-homemade-laser-diode-driver-26339.html

 

Yukarıda LM317 voltaj düzenleyici entegresinin akım sınırlayıcı olarak kullanıldığını görüyorsunuz.  Akım 100 ohmluk potansiyomere ayarlanarak istenilen değerde sınırlandırılabilir.   Akımın en yüksek değeri   1.25/R ile hesaplanır. Bu bilgiler LM317 nin datasheetinden daha fazla mevcut.  Normal bir lazer led uzun ömürlü kullanım için 200 mA ve 3 volt  (600mW)  a ihtiyaç duyar.

Hadi kolay gelsin…