3-ma’ruza aktiv modda hosil qilish usullari. Optik va elektrik damlash

10a)- rasm. Optik damlash yordamida moddalarda inversiya hosil qilish sxemasi. Uch energetik sathli aktiv modda.
10b) rasm.To’rt energetik sathli aktiv modda. egri chiziqli strelkalar nurlanmasdan va tez kvant o’tishlarni ifodalaydi. N₂ sath metastabil holatlar bo’lib, u energetik sathda elektronlar uzoqroq yashash imkoniyatiga ega.
Atom ε_3, holatdan juda qisqa vaqt yashaydi va tezda ε₂ holatdan nurlanmasdan qaytib tushadi. Atomlar ε₂ holatdan ancha uzoqrok, yashash imkoniyatiga ega, chunki ε₂ holat metastabil holatdir. Optik damlash energiyasi yetarli darajada katta bo’lsa, ko’pchilik atomlarni ε₂ sathda to’play oladi. ε₂ sathda atomlar soni ε₁ sathga nisbatan ko’p bo’ladi va moddada inversion ko’chganlik hosil bo’ladi. Atomlar ε₂ sathdan ε₁ sathga o’tganda hv₂₁ kvant nurlanishini hosil qiladi. Lekin to’rt energetik sathli moddalarda inversion ko’chganlikni hosil qilish ancha yengil va katta damlash energiyasini talab qilmaydi. Sababi: to’rt energetik sathli moddaning birinchi energetik sathi hamisha bo’sh, chunki atom ε₃ dan ε₂ ga va ε₁dan ε₀ ga kvant o’tishlar juda katta tezlik bilan sodir bo’ladi. Bu kvant o’tishlar nur­lanishsiz sodir bo’ladi. ε₁→ ε₀, ε₃→ ε₂ o’tish ehtimoli ε₂ dan ε₁ ga o’tish ehtimoliyatiga nisbatan ancha kattadir. Shu sababli lazer nurlanishini hosil qiladigan birinchi energetik sath doim bo’sh bo’lib, N₂>N₁, tengcizlik kata farq bilan hamisha bajariladi.
Shunday qilib, optik damlash moddalarda inversion ko’chganlikni samarali ravishda hosil qiladigan aktiv modda hosil qilish usullaridan biridir.
Amalda optik damlashni impulsli chaqmoq lampalari orqali amalga oshioishi mumkin. Quvvati katta bo’lgan chaqmoq lampalari kogerent bo’lmagan kuchli oq rangli yorug’lik chiqaruvchi manbadir. Chaqmoq lampalaridan chiqayotgan yorug’lik ko’zgu (yoritkich) yordamida yig’ilib moddaga tushiriladi va moddaning sirti to’la, bir tekis yoritiladi. Chaqmoq lampalari past bosimli ksenon gazi bilan to’ldirilgan. Lampa ichidagi umumiy bosim ~100 mm sim. ust. ga teng. Lampaning ikki elektrodiga kondensatorda to’plangan elektr zaryadlari beriladi va elektr toki ksenon gazi orqali o’tishda chaqmoq bo’lib kuchli va boy spektrli yorug’lik tarqatadi. Chaqmoq lampasining shakli turlicha: sterjen (qalamcha), si­lindrik va spiral ko’rinishda bo’ladi. Ko’pincha sterjen shaklidagi lampa ishlatiladi. Chaqmoq lampasidan chiqayotgan yorug’likni to’plab aktiv moddaga berish va aktiv moddani to’­la yoritish vazifasini yoritkich bajaradi. Yoritkich silindrik ellips shaklida yasalib, ichki tomoniga ko’zgu o’rnatilgan. 11-rasmda chaqmoq lampasi bilan aktiv modda va yoritkichlarning o’zaro joylashishlari tasvirlangan.

11-rasm. Lazer boshini hosil qiluvchilarning o’zaro joylanish sxemasi.

Ellipsning bir o’qiga joylashgan chaqmoq lampasidan chiqayotgan nur, ellipsning ikkinchi o’qida joylashgan aktiv moda orqali o’tadi va maksimal yutiladi. Natijada moddada inversion kuchlanish hosil qilinadi.
Elektrik damlash gaz va yarim o’tkazgichli lazerlarda qo’llaniladi. Lekin faqat gaz lazerlaridagi elektrik damlashni qarab chiqamiz. Gaz atomlarini yoki molekulalarini uyg’otish uchun gazlardan elektr toki o’tkaziladi. Gazlarda elektr to­ki gaz razryadini hosil qiladi. Razryad gaz muhitida erkin elektronlarni va ionlarni hosil qiladi va o’sha zaryadlangan zarrachalar elektronlar va ionlar neytral gaz atomlari bilan to’qnashib atomlarni uyg’ongan yuqori energetik sathlarga o’tkazadi. Neytral gaz atomlari va molekulalari elektronlar va ionlar bilan to’qnashib, uyg’ongan energetik holatlarga o’tishi elektrik damlashdir. Elektrik damlash ikki xil usul bilan amalga oshiriladi:
1) agar gaz faqat bir xil tipdagi atomlardan tashkil topgan bo’lsa, gaz razryadi paytida neytral atomlar elektronlar bilan to’qnashib, asosiy pastki energetik sathdan yuqorigi uyg’ongan energetik sathlarga o’tadi. To’qnashishni quyidagicha ifoda etish mumkin: