20- ma’ruza optik kuchaytirgichlar reja

10.2. Optik kuchaytirgichlarning ish prinsipi
Ma’lumki, mikrozarralar - molekulalar, atomlar, ionlar, yadrolar va elektronlarning harakati kvant mexanikasi qonunlariga bo‘ysunadi. Shu sababli bunday zarrachalar majmui kvant tizimlari deb ataladi.

Qattiq jimslarda mikrozarrachalarning o‘zaro ta’siri juda kuchli bo‘lib, energiyaning diskret qiymatlari bir-biriga juda yaqin joylashgan bo‘ladi. Energetik sathlarning bunday majmui – energetik sohalarni hosil qiladi. Bir-biriga qo‘shni joylashgan energetik sohalar – man etilgan energetik soha bilan ajratilgan bo‘ladi (10.1-rasm).

10.1-rasm. Yarim o‘tkazgichning energetik diagrammasi.
Mikrozarralarning bir energetik sathdan boshqasiga o‘tishi kvant o‘tish deb ataladi. Kvant o‘tish chog‘ida

(10.1)
munosabat bilan aniqlanadigan energiya ajralib chiqadi yoki yutiladi.

Mikrozarrachalarning bir tebranma harakat sathidan boshqa tebranma harakat sathiga o‘tish natijasida infraqizil nurlanish hosil bo‘ladi.
Mikrozarrachalarning bir energetik sathdan boshqasiga o‘z-o‘zidan, ya’ni tashqi ta’sirsiz o‘tishi spontan o‘tish deb ataladi. Spontan o‘tish chog‘ida bir xil chastotali, biroq turli yo‘nalishlar bo‘yicha tarqaladigan, faza jihatdan bir-biridan farq qiladigan, qutblanish tekisligi turlicha bo‘lgan kvantlar hosil bo‘ladi (10.2, a rasm).
Mikrozarrachalarning bir energetik sathdan boshqa energetik sathga tashqi elektromagnit nurlanish ta’sirida o‘tishi majburiy o‘tish deyiladi. Bunda energiya yutilishi yoki ajralishi mumkin (10.2, b rasm).
Yuqori energetik sathdan quyi energetik sathga majburiy o‘tish sodir bo‘lganida tashqi elektromagnit nurlanish kvantlariga aynan o‘xshash kvantlar hosil bo‘ladi. Bu holda nurlanishning chastotasi, fazasi, tarqalish yo‘nalishi, qutblanish tekisligi bir xil bo‘ladi.
Agar kvant tizimiga tashqaridan ta’sir ko‘rsatib, uni nomuvozanatli holatga o‘tkazilsa, yuqorigi energetik sathlar quyi energetik sathlarga qaraganda ko‘proq egallanib qolishi mumkin. Energetik sathlarning bunday egallanishi teskari egallanganlik yoki invers egallanganlik deb ataladi.

10.2-rasm. Spontan va majburiy o‘tishlar.

Energetik sathlari teskari egallangan kvant tizimiga energiyasi energetik sathlarning farqiga teng kvantlar bilan ta’sir qilinsa, yuqorida qayd etilganidek, majburiy nurlanish ulushiga qaraganda katta bo‘lishiga erishilsa, nurlanishning kuchayishi sodir bo‘ladi. Bu hodisa optik kvant kuchaytirgichlari ish prinsipining asosini tashkil etadi. Mazkur kvant tizimida, bunga qo‘shimcha tarzda teskari bog‘lanish hosil qilish choralari ko‘rilsa, u o‘z-o‘zidan uyg‘onish (qo‘zg‘alish) rejimiga o‘tadi. Bunday jarayon kogerent va monoxromatik nurlanish manbai bo‘lgan lazerlarining ish prinsipi asosini tashkil etadi.