16 ma’ruza. Vakuumda magnit maydoni reja: Vakuumda magnit maydoni

Monotan va induksiyalangan nurlanish. Lazerlar.
Kvant sistema (masalan, atom yoki molekula)ning foton chiqarishi bilan bog’liq bo’lgan kvant otishni yuzaga keltiruvchi sababga ko'ra ikki tur nurlanishga ajratiladi. Agar bu sabab ichki bo'lsa va uyg'otilgan energetik sath W dagi atom yoki molekulaning normal yoki quyiroq energetik sath Wl ga otishi tashqi ta'sirsiz, ya'ni o'z-ozidan sodir bo'ladigan nurlanishga spontan nurlanish deb ataladi. Ushbu rasmda tasvirlangan.

Odatdagi yorug'lik manbalari asosan spontan nurlanish chiqaradi va bu nurlanish nokogerent nurlanishdan iborat bo'ladi.

Kvant sistema (atom va mofekula) uyg'otilgan energetik sath W₂ dan quyiroq energetik sath W₁ ga tashqi ta’sir sababli majburiy o'tishda vujudga keladigan nurlanishga majburiy nurlanish yoki iuduksiyalangan nurlanish deyiladi. Navbatdagi rasmga qaralsin

Ko'pincha induksiyalangan nurlanish yorug'lik kvanti h ta'sirida sodir bo'ladi. Masalan, ushbu rasmda hn kvant energiya yutgan uyg'otilgan W₂ sathdagi atom yoki molekula quyiroqdagi Wl sathga o'tganda ikkita bir xil, bir tomonga yo'nalgan 2h kvant energiyali induksiyalangan nurlanish chiqara boshlaydi.

Induksiyalangan nurlanish uni majbur etuvchi birlamchi nurlanish bilan o'zaro kogerent, chastotalari, fazalari, tarqalish yo'nalishi va qutblanish tekisligi aynan bir xil bo'ladi. Bu xossalar jismdan o'tayotgan nurlanishni kuchaytirishga sababchi bo'ladi.

1954 yilda rus olimlari N. G. Basov va A. M. Proxorov, shuningdek amerikalik Ch. Tauns bir-birlaridan mustasno holda induksiyalangan nurlanishdan foydalanib birinchi bo’lib, O'YuCh diapazonidagi =1,27 sm to'lqin uzunlikli elektromagnit nurlanish beradigan mazer deb ataluvchi generatorni yaratdilar. 1963 yilda bu ishlar uchun Basov, Proxorov va Taunsga Nobel mukofoti berildi.

Bu qurilmasining ishlashi ammiak molekulalarining induksiyalangan nurlanishiga asosanlanganligi uchun molekulyar generator deb nom berildi,

1960 yilda Amerikada ishchi moddasi yoqutdan iborat bo’lgan, spektrning ko’rinadigan dipazonida ishlovchi lazer deb ataluvchi qurilma yaratildi. Bu optik kvant generatori (OKG) to'lqin uzunli = 694,3 nm va impuls quvvati 106 Vt bo'lgan impulsli kuchlanish hosil qiladi. Yoqut, alyuminiy oksidi A1₂O₃ kristalining 0,005% li xrom (Gr) aralashmasidan iborat, och qizil rangli nur chiqaradigan OKG ning. ishlashi uchun yuqorida qarab chiqilgan ikki energetik sath yetarli emas.

Yoqut kristalidagi xrom ionlarining energetik sathlari induksiyalangan nurlarni chiqarish xususiyatiga egadir.

Yoqutli lazerlarining ishlashida ushbu rasmda tasvirlangan uchta energetik sathlardan foydalanildi. Lampaning kuchli chaqnashidan xrom ioni 3 - energetik sathga o'tib, 10^-8 s vaqtdan keyin nur chiqarmasdan o'z-o'zidan 2 - metastabil sathga o'tadi. Tashqi elekfromagnit to'lqin ta'sirida xrom ioni 2 - energetik sathdan 1 energetik sathga o'tishida induksiyalangan nurlanish-lazer nurlari hosil bo'ladi.

Yoqutli lazerning tuzilishi sxematik ko'rinishda quydagi rasmda tasvirlangan. Lazerning aktiv moddasi silindr shakldagi yoqut kristali bo'lib, uning asoslari nihoyat darajada silliqlangan. Yoqut silindrning bir uchi to'liq ko'zgu, ikkinchi uchi esa yarim shaffof bo'ladi.

Silindrsimon yoqut kristalini spiral shakli gaz zaryad lampasi bilan o'ralgan. Bu lampalarning kuchli ko'kimtir yashil yorug'ligi xrom ionlarini 1-energetik sathdan 3-energetik sathga ko'taradi va ozgina vaqt o'tishi bilan 2-energetik sathni uyg'otilgan xrom ionlari «o'ta egallab» oladi.

Uyg'otilgan xrom ionlari 2- energetik sathda 1-energetik sathga o'tganda har xil yo'nalishda hosil bo'lgan induksiyalangan nurlanishlarning faqat kristali оqi boуlab yo'nalgani uning uchlaridan ko'p marta qaytadi va kuchli lazer nuri ko'rinishida yoqutning shaffof tomonidan tashqariga chiqib ketadi

Impulsli rejimda ishlaydigan yoqutli lazer dan tashqari, uzluksiz ishlaydigan gazli, yarim o'tkazgichli lazerlar ham mavjuddir.

Gazli lazerlarda ishchi modda gaz (yoki gaz aralashmasi) bo’ladi. Keyingi rasmda geliy - neonli lazerda ishchi modda geliy va neon aralashmalaridan iboratdir. Gaz aralashmasi elektr zaryadi bilan aktivlashgan holda keltiriladi. Optik rezonatordagi ko'zgular nay o'qi bo'yicha yo’nalgan kogerent yorug’likning generatsiyalanishiga sharoit yaratadi. Natijada yarim shaffof ko'zgu orqali hosil bo’lgan lazer nuri chiqadi.

Gazli lazer spektrning ko'zga ko'rinadigan och qizil nuri (to'lqin uzunligi  = 633nm) ni, infraqizil ( =1150nm) nurini generatsiyalaydi,

Yarim o'tkazgichli lazerlarda ishchi modda yarim o'tkazgichlardir. Yarimo'ticazgichlarda ishchi modda optik tezlik va elektronlar oqimi yordamida aktiv holatga keltirilishi mumkin.

Bunda yarim o'tkazgichli diod qalinligi 0,1 mm va yuzi bir necha mm² bo'lgan kristall plastinkadan iboratdir. Plastinkaning ikki tomoniga elektrodlar ulanadi. To’lqin uzunligining keng diapazonida, ya'ni ultrabinafshadan infraqizilgacha oraliqda ishlovchi yarim o'tkazgichli lazerlarni yaratish mumkin. Bunday lazerlarning tuzilishi sodda, o'lchami kichik va: uzoq vaqt ishlay oladi.