7-ma’ruza gaz lazerlari. Geliy-Neon, korbanat angidrid va azot lazerlari

Bo’yoq lazeri. Rodamin-6J lazerining ish rejimi.
Bo’yoq eritmalari asosida ishlaydigan lazerga bo’yoq lazerlari deyiladi. Aktiv moddaning agregat holatiga ko’ra bo’yoq laze­ri suyuqlik lazeri turkumiga kiradi. Bo’yoq lazeri 1966 yilda ishga tushirildi.
Bo’yoq lazerining ajoyib xususiyatlari mavjud: a) keng spektral oraliqda (binafsha sohasidan to infrakizil to’lqin uzunligi sohasigacha) lazer nurlanishini hosil qiladi; b) keng spektral oraliqda lazer nurlanishi o’z chastotasini (to’lqin uzunligini) tekis va uzluksiz o’zgartirish qobiliyatiga ega; v) nurlanish vaqtini juda qisqa, ya’ni 10^–12 10^–13s ga­cha qisqartirish mumkin; g) bo’yoq eritmalarining majburiy nurlanishini kuchaytirish qobiliyati juda yuqoridir.
Quyidagi 1 jadvalda majburiy nurlanishni kuchaytiruvchi bo’yoq aktiv moddalari va ularning generasiya sohalari keltirilgan.
1- j a d v a l

Bo’yoqlar	Lazer nurlanish- ning to’lqin uzunligi, (nm)	Lyuminessensiya spektrining mak simumiga mos kelgan to’lqin uzunligi, (nm)	Optik damlashning to’lqin uzunligi, (nm)
Kumarin 2	435-485	450	350-365
Kumarin 1	450-495	470	350-365
Kumarin 102	470-515	495	400-420
Kumarin 30	495-545	515	400-420
Kumarin 7	505-565	535	400-420
Kumarin 6	520-550	538	460-515
Rodamin	540-600	570	460-515
Rodamin 6J	570-650	590	460-515
Rodamin 5	600-675	630	460-515
Oksazin 1-4	695-800	750	650-670

Bo’yoq eritmalari keng spektral oraliqda nurlanish va yuti­lish qobiliyatiga ega. Bo’yoq molekulasining eng ko’p tarqalgan vakili sifatida rodamin–6J molekulasini qaraymiz. Rodamin–6J molekula­sining yutilish va nurlanishining lyuminessensiya spektral konturi 59–rasmda keltirilgan.

59- rasm. Bo’yoq eritmalarining lyuminessensiya va yutilish spektrlari.



Uyg’otuvchi yorug’lik manbaini olib quyish bilan molekulaning spontan nurlanishi tamom bo’lishi lyuminessensiya (fluoressensiya) nomi bilan yuritiladi. Bo’yoq molekulasining nurlanishi tashqi yorug’lik ta’sirida, ya’ni optik damlash tufayli sodir bo’ladi. Optik damlash tamom bo’lishi bilan lyuminessensiya nurlanishi ham ta­mom bo’ladi.
Bo’yoq molekulasining keng spektral oraliqda nur yutishi va nur chiqarishi molekulaning energetik sathlari orqali va energetik sathlarining kengligi orkali tushuntiriladi. 60- rayemda Bo’yoq molekulasining energetik sathlari ko’rsatilgan.

60-rasm. Buyoq eritmasiga egishli energetik sathlarning sxemasi.

Bo’yoq molekulasi elektron, tebranish va aylanish-tebranish kabi energetik sathlarga ega. Aylanish-tebranish energetik sathlari tebra­nish energetik sathlariga zich joylashib ingichka chiziqchalar orqali ifodalangan. Elektron energetik sathlari vertikal yunalishda bir-biridan ancha katta oraliqda joylashgan. Asosiy elektron tebranish energetik sathi S₀ va uyg’ongan elektron-tebranish energetik sathlari S₁,S₂ singlet holatlardir. Xar bir elektron energetik sathi qator tebranish va aylanish energetik sathchalardan iborat. Tebranish energetik sathlari­ oralig’i 14÷17sm^–1. Bo’yoq molekulasining nurlanishi va nur yutishi uzluksiz (yalpi) spektrni hosil qiladi. Energetik sathdagi elektronlarning spin kvang sonlari yig’indisi S=0 bo’lsa, multipletligi 2S+1=1 bo’ladi, shu holatga singlet elektron energetik sath deyiladi. Yig’indi spin S=1 bo’lsa, multipletligi 2S+1=3 bo’ladi va bu holatga triplet elektron energetik holat deyiladi. Har bir uyg’ongan singlet holatga bitta triplet holat to’g’ri keladi, lekin triplet holat energiyasi singlet holat energiyasidan kichikdir. Triplet energe­tik holat T harfi bilan belgilanadi.

Tanlash qoidasiga ko’ra faqat singlet-singlet o’tish ruxsat etilgan bo’lib, ΔS=0. Singlet-triplet o’tish man etilgan. Shu tanlash qoidasiga asosan bo’yoq molekulalari elektromag­nit yorug’lik to’lqini ta’sirida S₀ holatdan uyg’ongan S₂ energetik holatga o’tadi. Uyg’ongan molekula 10^–12s ichida eng pastki S₀ tebranish energetik sathiga nurlanmasdan qaytadi. S₂→S₁ ga o’tish ham nurlanmasdan 10^–11s davomida bajariladi. S₁ sathning pastki tebranishi energetik sathida elektronlar to’planadi va asosiy S₀ energetik sathga nurlanib qaytadi. S₁→S₀ o’tish lyuminessensiya nurlanishini va lazer nurlanishini hosil qiladi. Lyuminessensiya nurlanishining spektral konturi bo’yoq eritmasidagi majburiy nurlanishning kuchayish koeffisiyenti konturiga aynan mos keladi.
Uyg’ongan energetik holatdagi molekulalar boshqa molekulalar bilan to’qnashib singlet S₁ holatdan triplet T₁ holatga (singlet-triplet konversiya energetik) o’tishni ham ta’minlaydi. Tanlash qoidasiga asosan S₁→T₁ o’tish man etilgan. Singlet triplet konversiya o’tishi nurlanmasdan so­dir bo’ladi. Molekulalar o’zaro to’qnashishi sababli yana T₁→S₀ o’tish ham kuzatiladi. T₁→S₀ o’tish fosforessensiya nurlanishini hosil qiladi. T₁→S₀ o’tish man etilgan va shu sababli fosforessensiya uzoq vaqt davomida nur chiqarish qobiliyatiga ega bo’ladi. Bo’yoq molekulalarida sodir bo’ladigan S₁→T₁ o’tish aktiv molekulalarning sonini kamaytiradi. T₁→T₂ o’tish ham mavjud va bu o’tish lyuminessensiya nurlanish chastotasiga mos keladi va lyuminessensiya nurlanishini yutadi. S₀→S₁ o’tish tashqi yorug’lik nurining bo’yoq eritmasidagi yutilishi tufayli mavjud. Bo’yoq, molekulasining yutish kesimi τ_yut=5·10^–19sm². Uyg’ongan molekulaning S₁ da yashash vaqti τ_s bir necha nanosekund. esa ~100 na­nosekund. bo’lgani uchun S₁ holatdagi molekulalar tezda S₀ asosiy holatga o’tadi va ko’pchilik uyg’ongan moleku­lalar lyuminessensiya nurlanishida bir vaqtda qatnashadi. S₁→S₀ ga spontan o’tishining relaksasiya vaqti ns. Spontan S₁→S₀ o’tish vaqti τ_sp va S₁ sathda yashash vaqti deyarli bir-biriga teng bo’lgani uchun kvant chiqish qiimati: F=τ_S/τ_sp 1. Shunga ko’ra lazer nurlanishining chastotasi lyuminessensiya nurlanish konturining aynan markaziy qismidan o’rin olgan.
Bo’yoq molekulasini uyg’otish uchun optik damlashdan (impulsli chaqmoq lampasidan yoki lazer nuridan) foydalaniladi. Ayniqsa keyingi amaliy va ilmiy tajribalarda, ilmiy tekshirishlarda qo’llaniladigan bo’yoq lazeri impulsli gaz lazeri yordamida ishga tushiriladi. Bo’yoq, mole­kulasini uyg’otishda eng samarali optik damlash manbalariga N₂ lazeri, eksimer lazerlari va qattiq jism lazerlarining garmonikalari kiradi. Bu lazerlar ichida eng qulayi va texnologiyasi jihatdan oson bo’lgani azot lazeridir. 61-rasmda azot lazeri yordamida uyg’otiladigan bo’yoq, lazerining sxe­matik to`zilishi ko’rsatilgan.