Buxoro davlat universiteti fizika -matematika fakulteti "fizika " kafedrasi

Faol muhit

2

1 Lazer

nurlanish

Optik rezonator

Optik rezonator

Qattiq jismlar asosidagi lazerlar.

Qattiq jismlar lazerlarda elektroaktiv kirishma atomlari mavjud boʼlsa, ularni ionlari energetik sathlarini yorugʼlik (optik) nurlari yordamida invers toʼldirish hosil qilinadi. Qattiq jismlarda oʼtish elementlari va nodir yer atomlari kirishma atomlarining toʼlmagan ichki elektron qobiqlarining boʼlishi va ularni eng sirtqi elektron qobigʼi bilan ekranlangan holda boʼlishi bu nomlarni invers toʼldirishni osonlashtiradi. Bunday lazerlar samarali ishlashi uchun ular:

- Katta kuchaytirish koeffitsientiga ega boʼlishi;

- Optik jixatdan bir jinsli;

- Mexanik mustaxkam va issiqlikka chidamli;

- Texnologik ishlovlarga qulay;

- Optik nurlashtirishga moyil;

- Katta oʼlchamli aktiv qismlar tayyorlash imkoniga ega;

- Issiqlik oʼtkazuvchanligi yuqori boʼlishi kerak.

Bu talablarga javob beruvchi aktiv elementlar soni cheklangan boʼlgani uchun qattiq jismli lazerlar turlari ham cheklangan. Аmalda koʼproq rubin, oyna va ittriy -amominiyli granatdan yasalgan lazerlar ishlatiladi.

Qattiq jismli lazer aktiv qism (1) razonator (2), gaz razryadli yorugʼlik maʼnbai (3), qaytargichlar (4) va lampani energiya manbaidan (5) iborat boʼladi.

Аvval koʼrilganidek, lampadan chiqqan optik nur kirishma atomlar elektronlarini yuqoriroq sathlarga oʼtkazadi va invers toʼldirish xosil boʼladi. Bu sxemada elektr energiyasini kogerant nurlanishga aylanish jarayonida lampadan kelayotgan energiya lampani taʼminlovchi zanjirda, gazni razryadlashdagi aktiv atomlarni ionlashdan farqli energiyalarni yutilishida, nurlashishsiz oʼtishlarda, rezonatordagi yoʼqotilishlarga ham sarflanadi. Bu foydasiz energiya sistemadan sovitish suyuqligi yordamida chiqarilib yuboriladi. Koʼpchilik qattiq jismli lazerlar ~1.mc davomli impulьsli rejimda ishlaydi va bu rejim generatsiyani siqilgan (pichkovыy) rejimli deb ataladi. Yorugʼlik In intensivlik bilan uzluksiz tushib turgan boʼlsa ham atomlarni ionlanishi yarim elektronlarni yuqori energetik sathlarga oʼtishi

~1mks davomidagi va ~10 intervalli impulьslar koʼrinishidagi biroz kechuvchi signallardan iborat boʼladi. Buning sababi generatsiya va qoʼzgʼotish jarayonilarida lazerli aktiv qismida katta miqdordagi issiqlik ajralishi natijasida ishchi qismni zichligi va sindirish koʼrsatkichini oʼzgarishi yuz beradi. Bu oʼzgarish rezonator xususiyatlarini oʼzgarishiga va shu asosida tebranishlarni boʼylama moddasini oʼzgarishiga olib keladi. Buni yana bir sababi ishchi qismni temperaturasi oʼzgarishi bilan aktiv ionni flyuoresientsiya chiziqlari holati va kengligi ham boʼlishi mumkin.


Qattiq jismli lazerlarda generatsiya rejimida oʼz-oʼzidan tebranishlarni vujudga kelishi.

Lazer nurlanishining choʼqqi koʼrinishda boʼlishga sabab rezonatorda elektromagnit toʼlqinlarni relaktsion - tebranish rejimi generatsiyalanishi boʼlishi mumkin, chunki energetik holatlarni invers toʼldirish va boʼshatish maʼlum bir inertsiya bilan yuz beradi. Lazerda majburiy nurlanishlar hosil boʼlishi uchun K0 > Kn boʼlishi kerak. Zarrachalarni sathlarga oʼtish qismi maʼlum qiymatlarga ega boʼlgani uchun bu shartni bajarilishi uchun qoʼshimcha vaqt kerak. Majburiy oʼtishlar chastotasi yuqoridagi sathni toʼldirish tezligiga teng. K0 > Kn va maydon intensivligi ortib boradi. Bu borada yuqorigi sathni invers toʼldirishni kamayish tezligi genoratsiya tezligidan katta boʼlsa ham va kuchaytirish koeffitsienti K0 kamaya boshlagan boʼlsa ham, maydon intensivligi I orta boradi va K0 = Kn da I eng katta qiymatga ega boʼladi. K0 < Kn da yuqori sathni boʼshashi davom yetadi va I ni qiymati kichrayadi. Qattiq jismli lazerlar quvvatini oshirish va impulьs vaqtini qisqartirish uchun modullangan asllik metodi qoʼllashadi. Rezonatorga boshqariladigan yorugʼlik sindirgichli kalit qoʼyiladi. Tashqi optik nur quvvati lazerni yuqorigi sathini qoʼzgʼolinishiga yetarli boʼlguncha toʼsib turiladi. Kalit ochiq holga oʼtganda birdaniga katta miqdordagi zarrachalar

majburiy nurlanishli oʼtishda ishtirok yetib qisqa muddatda (10-4 -10-5s) katta nurlanish energiyasi ajralib chiqadi.

Misol uchun, rubinli lazerni olish mumkin. Rubin –bu alyumiy oʼrniga ozroq (0,05%) miqdorda xrom Sr qoʼshilgan Al2 O3 Cr rubinda uch karra ionlashgan Sr 3-1 holda boʼladi. Uni energetik holatlari rasmda koʼrsatilgan.

Rubinda generatsiya xosil boʼlishini soddalashtirilgan sxemasi.

Yorugʼlik Sr elektronlarni F1 yoki F2 sathlariga olib oʼtadi. Bu elektronlar 10-7

/ 10-8s davomida turgʼunroq boʼlgan 2E sathga nurlanishsiz, oʼz-oʼzidan 3mks davomida oʼtadi. Bu sath lazerni aktiv qismini asosiy sathi boʼlib, nurlanish hosil qilish uchun 2-1 majburiy oʼtishlar sodir boʼlishi kerak. Buning uchun – sathni yarmidan koʼp qismini qoʼzgʼolgan, yaʼni F1 va F2 holatlariga oʼtkazish talab qilinadi. Rubinda Sr ni qoʼzgʼotishni chegaraviy energiyasi 102 – 103 D gel (~50 D gel/sm3 ). Аgar Sr ni majburiy oʼtish kesimi σ = 3*10-20 cm2 , ionlar zichligi N0≈ 1018cm-3 boʼlsa K≈σ N2≈10-2 sm -1 boʼladi. Mana shu parametrlarga mos keluvchi xromli rubin lazeri quvvati ~3 D gel ni tashkil etadi (impulьs davomiyligi ~ 3 NS). Bu turdagi lazerlarni nurlanish energiyalari 100 D gel va quvvti 10 kVt 𝐾 ≅ 𝜎, 𝑁2 ≅ 10−2𝑐m−1 boʼladi. Eng yuqori FIK ~1%.