Examkin

Lazer Işınları

4 questions

All types4Multiple choice3Matching1
Question 1Question →

Lazer ışığı (LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), uyarılmış emisyon yoluyla ışığın şiddetlendirilmesi esasına dayanır.

Uyarılmış emisyon ve lazer ışığının özellikleri ile ilgili;

I. Aktif ortamda uyarılmış enerji seviyesindeki atom sayısının, temel seviyedeki atom sayısından fazla olması durumu olan 'tersine birikim' (population inversion) gerçekleşmeden sürekli lazer ışıması elde edilemez.
II. Uyarılmış emisyon sürecinde, uyarılmış bir elektronun alt enerji seviyesine geçmesini tetikleyen dış foton, bu geçiş s��rasında kendisi soğurulmadan sistemden ayrılır ve yanına yeni bir foton katarak yollarına devam ederler.
III. Lazer ışını yüksek enerjili ve odaklanmış olduğundan, boşluktaki yayılma hızı, aynı frekanstaki sıradan bir ışık kaynağının yaydığı ışığın boşluktaki yayılma hızından daha büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Show answer & explanation

Answer: I ve II

Answer

Birinci ve ikinci öncüller doğrudur. Sürekli lazer ışığı elde etmek için tersine birikim şarttır ve uyarılmış emisyonda tetikleyici foton soğurulmadan yeni oluşan fotonla birlikte aynı fazda yayılır. Lazer ışığının boşluktaki yayılma hızı sıradan ışıkla aynıdır.
Lazer ışığının üretilmesi için öncelikle aktif ortamdaki atomların çoğunun uyarılmış seviyede olması, yani tersine birikim durumunun sağlanması gerekir; dolayısıyla birinci öncül doğrudur. Uyarılmış emisyonda elektronu tetikleyen foton soğurulmaz ve yeni salınan fotonla birlikte aynı doğrultuda, aynı fazda ve aynı enerjide hareket ederler; bu yüzden ikinci öncül de doğrudur. Lazer ışığı bir elektromanyetik dalgadır ve boşlukta yayılma hızı sıradan ışığın boşluktaki hızıyla aynı olup ışık hızına eşittir; bu sebeple üçüncü öncül yanlıştır. Sonuç olarak birinci ve ikinci öncüller doğrudur.

Step-by-Step Solution

1
Tersine birikim (population inversion) kavramının analiz edilmesi
Lazer ışığının sürekli elde edilebilmesi için aktif ortamda uyarılmış durumdaki atom sayısının temel durumdakilerden fazla olması gerekir. Bu duruma tersine birikim denir. Dolayısıyla I. öncül doğrudur.
Lazerin sürekli çalışabilmesi için uyarılmış emisyon olayının zincirleme reaksiyon şeklinde devam etmesi gerekir.
2
Uyarılmış emisyon mekanizmasının incelenmesi
Uyarılmış bir atoma dışarıdan gönderilen uygun enerjili foton, elektronu alt seviyeye geçmeye zorlar. Bu esnada elektron alt seviyeye geçerken bir foton yayınlar. Tetikleyici foton soğurulmaz, yayılan yeni fotonla birlikte aynı faz, frekans ve doğrultuda hareket ederler. Dolayısıyla II. öncül doğrudur.
Uyarılmış emisyon sürecinde foton kaybı olmaz, aksine foton sayısı iki katına çıkar.
3
Lazer ışığının boşluktaki yayılma hızının değerlendirilmesi
Lazer ışığı bir elektromanyetik dalgadır. Tüm elektromanyetik dalgalar boşlukta aynı hızla, yani ışık hızı olan cc hızıyla yayılır. Lazer ışığının hızı sıradan ışığın hızından büyük değildir. Dolayısıyla III. öncül yanlıştır.
Elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı dalganın genliğine, enerjisine veya frekansına bağlı olmayıp sadece ortama bağlıdır.

Key Concept

Lazer ışınlarının uyarılmış emisyon yoluyla üretilmesi ve temel özellikleri
Question 2Question →

Lazer ışınları, modern teknolojide tıp, sanayi ve iletişim gibi pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna göre, lazer ışığının özellikleri ve elde ediliş süreci ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Show answer & explanation

Answer: Lazer ışınları, uyarılmış emisyon yoluyla elde edilen aynı frekanslı, aynı fazlı ve aynı yönlü fotonlardan oluşur.

Answer

Lazer ışınları, uyarılmış emisyon yoluyla elde edilen aynı frekanslı, aynı fazlı ve aynı yönlü fotonlardan oluşur.
Lazer ışınları, üst enerji düzeyindeki uyarılmış elektronların, dışarıdan gelen uygun enerjili bir fotonla etkileşerek aynı fazda, aynı frekansta ve aynı yönde fotonlar salması (uyarılmış emisyon) sonucu üretilir. Bu özellik lazer ışığına yüksek yönelme ve uyumluluk kazandırır.

Step-by-Step Solution

1
Lazer ışığının temel üretim mekanizmasın�� belirlemek.
Lazer ışığı uyarılmış emisyon (stimulated emission) süreciyle elde edilir.
Lazerin (LASER) kelime anlamı uyarılmış emisyonla ışığın şiddetlendirilmesidir.
2
Uyarılmış emisyon sonucu oluşan fotonların özelliklerini analiz etmek.
Uyarılmış emisyonda yayınlanan fotonlar, kendilerini tetikleyen foton ile aynı frekansa, aynı faza ve aynı yayılma doğrultusuna sahiptir.
Bu durum lazer ışığının son derece uyumlu (koherent), tek renkli (monokromatik) ve yönelmiş olmasını sağlar.
3
Diğer seçeneklerdeki fiziksel hataları ve kavram yanılgılarını belirlemek.
Tüm elektromanyetik dalgaların boşluk hızı eşittir; atomların fotonla uyarılmasında enerji eşitliği şarttır; MR cihazlarında radyo dalgaları kullanılır; fotoelektrik olay için ise eşik frekansının aşılması yeterlidir.
Yanlış seçeneklerin elenmesiyle doğru seçeneğin doğrulanmasını sağlamak.

Key Concept

Lazer ışınlarının uyarılmış emisyon ile eldesi ve temel özellikleri
Question 3Question →

Modern fizik teknolojisinde çok geniş bir kullanım alanına sahip olan lazerlerin çalışma prensipleri, bileşenleri ve ürettikleri ışığın özellikleri hakkında bazı temel kavramlar aşağıda verilmiştir.

Buna göre, sol sütunda verilen kavramları sağ sütunda verilen en uygun açıklamalarıyla eşleştiriniz.

Click a left item, then click its matching right item

Items

Uyarılmış Emisyon
Tersine Birikim
Optik Rezonatör
Uyumlu (Koherent) Işık

Matches

Show answer & explanation

Answer

Uyarılmış Emisyon kavramı foton tetiklemesiyle başlayan özdeş foton yayımıyla; Tersine Birikim kavramı üst seviyedeki uyarılmış atom yoğunluğunun alt seviyeden fazla olmasıyla; Optik Rezonatör kavramı aynalar vasıtasıyla fotonların geri beslenmesiyle; Uyumlu (Koherent) Işık kavramı ise ışık dalgalarının aynı faz ve frekans ilişkisini korumasıyla eşleşir.
Lazerlerin çalışması ve özellikleri ile ilgili temel fiziksel kavramların tanımları doğru şekilde eşleştirilmiştir. Uyarılmış emisyon, lazer ışığının şiddetlendirilmesini sağlayan temel kuantum mekaniksel süreçtir. Tersine birikim, bu sürecin sürekli kılınması için gerekli olan atomik dağılım koşuludur. Optik rezonatör, bu emisyonu çığ gibi büyütecek geri besleme ortamını (aynalar sistemini) oluşturur. Uyumlu (koherent) ışık ise tüm bu süreçlerin sonucunda elde edilen, dalgaları aynı fazda ve frekansta olan lazer ışınının temel niteliğidir.

Step-by-Step Solution

1
Uyarılmış emisyon sürecinin temel mekanizmasını belirlemek
Uyarılmış emisyon, uyarılmış bir atomun dışarıdan gelen bir fotonun tetiklemesiyle alt seviyeye geçmesi ve gelen fotonla özdeş bir foton salmasıdır.
Bu kavram, uyarılmış atomun tetiklenerek aynı yönde, fazda ve frekansta özdeş foton üretmesi açıklamasıyla eşleşmektedir.
2
Tersine birikim durumunun fiziksel koşulunu tanımlamak
Tersine birikim, aktif ortamdaki uyarılmış atomların sayısının temel durumdaki atom sayısından fazla olmasıdır.
Bu kavram, üst enerji seviyesindeki atom sayısının alt seviyedekinden fazla olması açıklamasıyla eşleşmektedir.
3
Optik rezonatörün lazer sistemindeki rolünü belirlemek
Optik rezonatör, paralel aynalar kullanarak fotonları aktif ortam içinde geri yansıtıp emisyonu çığ etkisiyle artıran sistemdir.
Bu kavram, fotonların aynalarla geri besleme yapılarak şiddetlendirilmesini sağlayan düzenek açıklamasıyla eşleşmektedir.
4
Uyumlu (koherent) ışık özelliğinin optik anlamını çözümlemek
Uyumlu ışık, yayılan dalgaların zaman ve uzayda aynı faz ilişkisini koruyarak hareket etmesidir.
Bu kavram, ışık dalgalarının aynı faz ve frekansa sahip olması ve girişim yapabilmesi açıklamasıyla eşleşmektedir.

Key Concept

Lazer Işınlarının Elde Edilme İlkeleri ve Özellikleri
Estimated Time:2m 0s
Question 4Question →

Bir laboratuvarda lazer ışığı elde etme süreci ve oluşan lazer ışınının özellikleri ile ilgili çalışan bir öğrenci şu hipotezleri kurmuştur:

I. Lazer ışığı üretimi, uyarılmış enerji seviyesindeki atomların, dışarıdan gelen uygun enerjili bir tetikleyici fotonun etkisiyle aynı fazda ve aynı enerjide fotonlar yayması (uyarılmış emisyon) esasına dayanır.
II. Aktif ortamdaki (aktif medyum) atomların optik pompalama yöntemiyle uyarılması sürecinde, gönderilen uyarım fotonlarının enerjisi, atomun uyarılma enerji seviyeleri arasındaki farktan büyük olan herhangi bir değerde seçilebilir.
III. Uyarılmış emisyon sonucu yayılan ve yüksek şiddete ulaşan lazer ışığının boşluktaki yayılma hızı, uyarımı tetikleyen ilk fotonun boşluktaki yayılma hızından daha büyüktür.

Buna göre, öğrencinin kurduğu hipotezlerden hangileri doğrudur?

Show answer & explanation

Answer: Yalnız I

Answer

Lazer ışığı uyarılmış emisyon mekanizmasıyla elde edildiğinden birinci hipotez doğrudur. Atomların fotonla uyarılmasında tam enerji uyumu gerektiğinden ikinci hipotez, elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızı sabit ve ışık hızına eşit olduğundan üçüncü hipotez yanlıştır. Dolayısıyla doğru seçenek Yalnız I olmalıdır.
Lazer ışınları, uyarılmış durumdaki atomların uyarılmış emisyon yapması ilkesine göre üretilir. Uyarılmış emisyonda salınan foton ile tetikleyici foton aynı faz ve frekanstadır. Bu durum birinci öncüldeki hipotezi doğru kılar.

Step-by-Step Solution

1
Uyarılmış emisyon hipotezini doğrulamak
Uyarılmış emisyonda, uyarılmış bir elektronun dışarıdan gelen ve enerjisi iki seviye arasındaki farka eşit olan bir foton yardımıyla temel seviyeye geçmesi tetiklenir. Bu sırada gelen foton ile aynı fazda, aynı yönde ve frekansta bir foton daha salınarak ışık kuvvetlendirilir. Bu durum birinci hipotezi doğrular.
Lazer ışığının temel üretim mekanizmasının fiziksel doğruluğunu kontrol etmek.
2
Atomların fotonla uyarılma koşulunu incelemek
Bir atomun foton soğurarak uyarılması için gelen fotonun enerjisinin, atomun iki enerji seviyesi arasındaki farka (Eu−EtE_u - E_t) tam olarak eşit olması gerekir. Foton enerjisi bu farktan büyük veya küçük olduğunda (iyonlaşma hariç) soğurulma gerçekleşmez. Bu sebeple ikinci hipotez yanlıştır.
Optik pompalama yöntemiyle uyarılmadaki enerji sınırını belirlemek.
3
Lazer ışığının boşluktaki yayılma hızını analiz etmek
Lazer ışığı da uyarılmayı tetikleyen foton da elektromanyetik dalgadır. Tüm elektromanyetik dalgalar boşlukta, genliklerinden veya şiddetlerinden bağımsız olarak ışık hızıyla (cc) yayılırlar. Dolayısıyla üçüncü hipotez yanlıştır.
Işık şiddetinin boşluktaki yayılma hızına etki etmediğini göstermek.

Key Concept

Lazer ışığının uyarılmış emisyon mekanizması ile üretilmesi, fotonla uyarılmadaki kuantumlu enerji şartı ve elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızının sabitliği.