Elektronika va avtomatika
Yüklə 1,31 Mb.
|
|
1.2 Lazerlarning turlari
Birinchi lazer 1960-yilda T. Meyman tomonidan yiatilgan. Keyinchalik xorijiy mamlakatlar olimlari bilan bir qatoila lazer nurlanishlarini energiyasini oshirish, kam energiya sarflydigan, barcha ko‘rsatkichlari bo‘yicha samarali bo‘Igan yaigi faol muhitlarda lazerlar yaratish sohasida 0 ‘zbekisto fizik olimlarining ham salmoqli hissalari bor. Hozirgi vaqtga k(ib lazer nurlanishi - yuzlab faol muhitlarda hosil qilingan. Bu faol nuhitlar o‘zining agregat holatlari, ishlash sharoitlari va boshqa o ‘pgina xususiyatlari bilan farq qiladi. Talabalarda lazerlar haqida asavvur paydo qilish uchun biz keng tarqalgan lazerlaming turlari alarning ishlash tamoyillari bilan tanishtirib o‘tamiz. Qattiq jismli lazerlar Lazerlarni faol muhitlarining agregat holatiga ко'a qattiq jismli, gazli, ionli, kimyoviy va yarimo‘tkazgichli tzerlarga ajratiladi. Faol muhiti kristall yoki shisha boMgan lazerlar qatt] jismli lazerlar nomini olgan. Qattiq jismli lazerlarda invers bancik optik damlash yo‘li bilan hosil qilinadi. Bunday lazerlar faol mhitining asosini qattiq jismga kiritilgan aralashmaning ionlari tashil etadi, ya’ni xrom, nikel, kobalt, neodim, erbi va bosha ionlar qo‘llaniIadi. Faol muhit bir necha shartlami qondirishi kerak, jmladan, optik jihatdan bir jinsli, mexanik jihatdan mustahkam. issiqlik o‘tkazuvchanligi katta, issiqlik ta’siriga chidamli, nurlanis to‘lqin uzunliklari sohasida shaffof va mexanik qayta ishlashlar riijasida katta o‘lchamli faol elementlar olish imkoniyatini bera oladigan bo’lishi shart Bi barcha talablarga to1 la javob beradigan moddalar kam. Qattiqjismli lazeming tuzilishi 1.1- rasmda ko‘rsatilgan. 1.1-rasm. Qattiq jism li lazeming tuzilishi: 1- Faol muhit, 2- rezanator ко 'zgulari, 3- gaz razryadli lampa, 4- nur qaytargich, 5-yuqori kuchlanishli energiya manbai, 6-yorug ‘lik impulsi. Qattiqjismli lazerlarda yuqori energetik sathni zarralar bilan to'ldirilishi yuqorida turgan bir nechta sathlardagi zarralami nurlanishsiz tushishi orqali amalga oshiriladi. Optik damlash lanpasining nurlanishi faol elementning asosiy sathida joylashgan zirralarini eng yuqori sathlariga chiqaradi. Bu sathga chiqarilgan zuralarning yashash vaqtlari kichik bo‘lgani uchun ular yuqori ishchi lazer sathiga tushib, bu sathda to‘planadilar va quyi ishchi lazer sathiga nisbatan invers bandlikni hosil qiladi. 2.1 - rusmdagi nur qaytargich (4) gaz razryadli lampa (3) nurlanishini to1 la faol muhitga qaytarish uchun xizmat qiladi. Rezanator ko‘zgularining (2) vazifasi zarralami qisqa muddatda ionlashishtirishdan iborat. Energiya manbaidan (5) olingan elektr energiyasi razryadda, nur qaytargichda, faol muhit (1) yutish spektriga mos kelmagan nurianishda yo'qotiladi. Lazer nurlanishidagi bu yo‘qotish energiyaning 1+5 % ni tashkil etadi. Elektr energiyasinig asosiy qismi faol muhitni qizdiradi va sovutgich tomonidan faol muhit sovutib turiladi. Berilgan impuls faol muhit ta’sirida kuchayib, (i6) shaklida chiqadi. Qattiq jismli lazerlaming aksariyatida impuls ravishda optik damlash (yorug‘lik manbai) qo‘llaniladi. Impuls lampaning nurlanishi taxminan bir millisekunddan kamroq vaqt davom etgan holda lazer nurlanishi davomiyligi 0,3 + 0,5 ms bo‘lgan impuls tarzida ro‘y beradi. Bu ish uslubi lazeming erkin generatsiyasi deyiladi. Erkin generatsiya nurlanishi impulsning davom etish vaqti Imks va impulslar orasidagi vaqt oralig‘i 10 m b bo‘lgan impulslardan iborat. Erkin generatsiya - nurlanish davomiyligi qisqa muddatli impulsli nurlanishdir. Qattiq jismli lazerlaming nurlanish quwatini oshirish va impulsning davom etish vaqtini qisqartirish rezonator (ya’ni muayyan takroriylikdagi tashqi kuch ta’sir qilganda eng katta amplituda va tebranish qobiliyatiga ega bo‘lgan tebranish tizimi) aslligini o‘zgartirish yo‘li bilan amalga oshiriladi. Mazkur usul rezonator aslligini modulatsiyalash nomini olgan. Bu holni vujudga keltirish uchun optik rezonator ichiga yorug’lik nuri ta’sirida tiniqlashuvchi optik zulfin (zatvor) joylashtiriladi. Optik rezonator - bu yorug‘lik nurini optik asboblar yordamida kuchaytirishdir. Zulfin - numi qisqa muddatda yopib - ochib turadigan qurilmadir. C'alayonlantirilgan zarralaming yuqori energetik sathdan relaksatsiya vaqtiga teng vaqt ichida faol elementini optik damlash (10^+1 O'3 sekund) orqali amalga oshiriladi. Damlash - tashqi energiya yordamida elektronlami yuqori sathga ko'tarishdir. Invers bandlik eng katta qiymatga ega bo‘lgan vaqtda esa optik zulfin qisqa vaqtga ochiladi, natijada davom etish vaqti 10-3 + 10~9 s bo'lgan qisqa impuls hosil bo‘ladi. Bu impuls monoimpuls deb ataladi. Monoimpuls - yakka impuls degan ma’noni bildiradi. Shu vaqt ichida barcha g‘alayonlantirilgan zarralar yuqori sathdan qo‘yi sathga majburiy nurlanish berib o‘tadi hamda monoimpulsli nurlanish generatsiyaianadi Faol muhitga yig‘ilgan energiya qisqa vaqt ichida nurlanish hosil qilgani uchun uning quwati erkin generatsiya nurlanishi quwatiga nisbatan bir necha marta katta bo‘ladi. Misol tariqasida faol muhit sifatida yoqut elementlari qo‘llanilgan lazerni ishlash tamoyilini qarab chiqamiz. Lazeming ishlash tamoyili. Odatdagi sharoitlarda ko'pchilik atomlar quyi energetik holatda boMadi. Shuning uchun past temperaturalarda moddalar yorug‘lik chiqarmaydi. Elektromagnit to‘lqin modda orqali o‘tganda elektromagnit to‘lqinning energiyasi yutiladi. To‘lqin energiyasi ta’sirida atomlaming bir qismi uyg‘onadi, ya’ni yuqori energetik holatga o‘tadi. Bunda yorug‘Iik dastasidan sathlaming YEi va YE2 energiyasi farqiga teng bo‘lgan hv = YE2 - YE 1 energiya ajraladi. Tashqi elektromagnit to‘lqin ta’sirida uyg‘ongan atom qo‘shni atomlar bilan to‘qnashganda ularga o‘z energiyasini berishi yoki ixtiyoriy yo‘nalishda foton chiqarishi mumkin. 1.2-rasm Biron usul bilan muhit atomlarining ko‘p qismi faollashtirilgan bo‘lsa, u holda modda orqali chastotali elektromagnit toMqin o‘tganida bu to‘lqin zaiflashmaydi, okuincha induksiyalangan nurlanish hisobiga kuchayadi. Bu to‘lqin ta'slrida atomlar quyi energetik holatga o‘tadi va bunda chastotasi, fazasi jihatidan tushuvchi to‘lqinga mos boMgan to‘lqinlar chiqaradi. 2.2 (a) - rasmda yorug‘likni yutilishi, (b) - rasmda qo‘zg‘otilgan atom va to‘lqin, (d) - rasmda esa atomning asosiy holatga o‘tganligi va to‘lqinning kuchaygani sxematik ravishda qo‘rsatilgan. Uch sathli sistemada yoqut lazeri. Atomlari tashqi elektromagnit toMqin ta’sirida uyg‘otilgan holatda bo‘lgan muhitlar hosil qilishning turli usullari bor. Yoqut lazerida buning uchun kuchli maxsus lampadan foydalaniladi. Atomlar yorug‘lik yutish hisobiga uyg‘onadi. Biroq lazeming ishlashi uchun ikki energetik sath yetarli emas. Tashqi elektromagnit nurlanishi vazifasini bajaruvchi lampaning yorug‘ligi har qancha kuchli bo‘lmasin, uyg‘otilgan atomlar soni uyg‘otilmagan atomlar sonidan ortiq boimaydi. Chunki yorug‘lik ayni vaqtda atomlarni uyg‘otadi. ham atomlarni yuqori sathdan quyi sathga majburiy ravishda induksiyalab o‘tkazadi. Uchinchi sathni hosil qilish yo‘li bilan energiyani bir joyda to‘pIash imkoniyatiga ega bo‘lamiz. 1.3-rasm.Uch sathli energetik tizim Shunisi muhimki, tashqi ta’sir boimaganda atomlaming turli energetik sathlarda yashash vaqti bir-biridan katta farq qiladi. Ei - sathda juda qisqa vaqt, ya’ni 10_85 vaqt davomida yashaydi va so‘ngra nurlanmasdan o‘z - o ‘zidan YEi - sathga o‘tadi va yashashvaqti 10~35 ga teng. Tashqi elektromagnit to‘lqin ta’siridan YE2 - sathdan YEi - sathga o‘tishda nurlanish sodir bo‘ladi. Lampaning kuchli chaqnashidan keyin atom ionlari Ез- sathga o‘tadi va 10_8s ga yaqin vaqt o‘tgandan keyin YE2 - sathga o‘tadi va unda uzoq muddat “yashaydi”. Shunday qilib, uyg‘otilgan YE2 - sathning uyg‘otilmagan YEi - sathdagiga qaraganda atomlar ko‘proq bo‘ladi. Yoqut - aluminiy oksidi (AI2O3) va xrom (Cri+) atomlari (0,05% ga yaqin) aralashmasidan iborat och qizil kristalldir. Kristalldagi xrom ionlari sathlari yuqorida talab qilingan xossalarga egadir. Yoqut lazerining tuzilishi. U juda yuqori aniqlikdagi parallel tekisliklarda joylashgan, uchlari tekis silliqlangan sintetik yoqut (xrom atomlari qo‘shilgan aluminiy oksidi) sterjenidan iborat bo‘lib, umumiy ko'rinishi 1.4- rasmda ko‘rsatilgan. Sterjen uchlari kumush bilan qoplanadi, bunda yoqut sterjenning bir uchi shaffof, ikkinchi uchi esa yarim shaffof ko‘zgu qilinadi. Lazeming yorug‘lik nurlanishi xrom atomlari tomonidan hosil qilinadi. Xrom atomlarini uyg‘ongan holatga o‘tkazish uchun sterjen impulsli lampa yoki gaz - yorugMik trubkasiga joylashtiriladi. Spiral shaklida ishlangan gaz razryad lampa ko‘kimtir-yashil yorug‘lik beradi. 1.4-rasm. Faol muhitiyoqutdan iborat bo‘lgan lazeming tuzilish sxemasi. Lampa chiqarayotgan yorug‘likni yutgan xrom atomlari uyg‘onadi, so‘ngra pastroq energetik holatga o‘tib, ularning o‘zi qizil yorugiik chiqaradi. Xromning uyg‘ongan atomlaridan biri o‘z - o‘zidan sterjen o‘qi bo‘ylab uchib yuruvchi kvant chiqaradi. Bu kvant boshqa xrom atomlarining induksiyalangan nurlanishini hosil qiladi. Kvantlar sterjen uchlaridan qaytib, uning o‘qi bo‘ylab ko‘p marta uchib o‘tadi (1.5 a -rasm). Bunday qizil yorug‘lik fotonlari quyuni tez ortadi va nihoyat, steijenning yarim shaffof uchidan tashqariga chiqadi, ya’ni qisqa muddatli, lekin qudratli va qat’iy yo‘nalgan qizil nurlanish hosil boiadi,bu nurlanish lazer nuri deb ataladi (1.5 b - rasm). a — kristalldagi atomlarning harakati; b - lazer nurini hosil bo ‘lishi. Uyg‘ongan xrom atomlari faqat muayyan fotonlamigina sezuvchi atom rezonatorlari bo‘lib xizmat qiladi. Demak, yoqut sterjeni induksiyalangan nurlanish hosil qiluvchi hajmiy rezonatordir. Sterjen ichida nurlanishni kuchaytirish uchun ko‘zgular (sterjen uchlari) orasidagi masofa lazer nurlayotgan yorug‘lik yarim to‘lqin uzunligining butun soniga teng boiishi kerak. Sterjenning kumush yuritilgan uchlari lazeming faqat yorug‘lik nurlanishining kuchaytiruvchi ko‘zguli rezonator hisoblanadiLazer ishlaganda sterjenda ko‘p issiqlik ajraladi, shuning uchun sterjen suyuqlik yordamida sovutib turiladi. Sterjen ichida fotonlar oqimi zichligining juda katta bo‘lishi tufayligina xuddi shu induksiyalangan nurlanish yordamida uyg‘ongan xrom atomlari past energetik holatga o‘tadi, chunki fotonlar oqimi zichligi kichik boiganda xrom atomlarining ko‘pi o‘z - o‘zidan foton chiqara boshlaydi, bu esa lazer nurlanishining kogerentligini buzadi. Yoqut lazerining yorug‘lik nurlari juda yorqin boiadi. Bunday lazer nurini ko‘zimiz hatto 40km masofadan ham sezadi. Yoqut lazeri ketma-ket keluvchi impulslar ko‘rinishda vatoiqin uzunligi 694,3 nm, quwati 106 + 109 Vt gateng boigan impulsli nurlanish chiqaradi. Lazeming kuchli yorugiik oqimi qattiq, suyuq va zich gazsimon moddalarga ta’sir qilganda bir qancha yangi ajoyib hodisalar kuzatiladi, masalan, nurlanish chastotasi ikkiga ajraladi, ya’ni qizil yorugiikdan binafsha yorugiik hosil boiadi. Lazer nurlanishining kogerentligi bu nurlanishni modullash yoii bilan turli informatsiyani uzoq masofalarga, masalan, televizion ko‘rsatuvlami uzatishda undan foydalanishga imkon beradi.. 2.2. Gazli lazerlar Gaz lazerlarida faol muhit sifatida qoilaniladigan gazning bosimi odatda bir necha millimetr simob ustuni boigani uchun nurlanish chizig‘ining gaz molekulalarining to‘qnashishi natijasida kengayishi juda kichik boiadi. Nurlanish chizigining kengayishi asosan Dopier effekti bilan bogiiqdir. Dopier effekti - bu tebranishlar manbai va kuzatuvchi bir - biriga nisbatan harakatlanganda kuzatuvchi sczadigan tebranish takroriyligi yoki toiqin uzunlikning o‘zgarishlaridir. Nurlanish chizigining kengligi juda kichik boigani sababli gaz muhitlarida invers tondlikni hosil qilish uchun ham optik damlash usulidan fbydalanish yaxshi samara beradi. Optik damlashda qoilaniladigan lamp* nurlanishi deyarli uzluksiz boiib, yutish chiziqlari kengligi IdoMk boiganda optik nurlanish energiyasining juda kam ulushiga Invers bandlikni hosil qilish uchun sarflanadi. Shuningdek, gazlazerlarida atomlami uyg‘ongan holga o‘tkazish uchun elektr razryadi qo‘llaniladi. Bu usul elektr damlash nomini olgan. Elektr damlash - elektr tokini hosiil qiladigan elektronlar oqimi faol muhit bilan to‘qnashish natijasida invers bandlik hosil qilishdir. Elektr damlashda gaz orqali elektr toki o‘tishi natijasida ionlar va erkin elektronlar hosil bo‘ladi. Ular elektr maydonida tezlashishi natijasida qo‘shimcha kinetik energiya oladilar va neytral atomlar bilan to‘qnashganda ularning uyg‘ongan holatga o‘tishiga sababchi boiadilar. To‘qnashuv orqali atomlarni uyg‘ongan holatga o‘tkazish jarayonida katta massali ionlarga nisbatan, kichik massali elektronlar ko‘proq rol o‘ynaydi, chunki past bosimdagi gazda elektronlarning o‘rtacha energiyasi ionlaming o‘rtacha energiyasiga nisbatan bir qancha katta bo‘ladi. Ma’lum vaqtdan so‘ng gazda elektronlarning o‘rtacha harorati T bilan tavsiflanuvchi muvozanat holat vujudga keladi. Gazlarda elektr damlash ikki yo‘l bilan amalga oshiriladi: 1. Faqat bir xil zarralardan iborat gazda atom faqat elektron bilan to‘qnashish natijasida uyg‘ongan holga o‘tishi mumkin: e + X -»• x* + e (2.1) ye - elektron; X - asosiy holatdagi atom; x* - uyg‘ongan holatdagi atom. 2. Ikki gaz (A va V) aralashmasida turli atomlaming o‘zarto'qnashuvi natijasida energiya rezonans ravishda bir atomdan ikkinchi atomga uzatilishi uyg‘ongan holatni hosil qiladi. Bu jarayon sxematik tarzda 2.6 - rasmda ko‘rsatilgan. A atom uyg‘ongan holatda, V atom esa asosiy holatda deb hisoblaylik. Ularning uyg‘ongan holatlari orasidagi energiya farqi E < kT bo‘lsin. Bu vaqtda A va V atomning uyg'ongan holatga o‘tish ehtimoli mavjud boMadi, ya’ni A* + В —» A + В* + E (2.2) A * - uyg‘onganholatdagi atom; В* - uyg‘ongan holatdagi atom. 1.6-rasm. Atomlaming energetik sath lari diagrammasi. YE energiya atomning ilgarilanma harakati energiyasiga qo‘shilishi yoki undan ayrilishi mumkin. V atomlaming bu jarayonda uyg‘ongan holatga o‘tishi A atomning uyg‘ongan holati uzoq yashovchi metastabil bo‘lgandaginasamarali bo‘ladi. Chunki, uyg‘ongan holatga o‘tgan ^ atomlar bu holatda uzoq vaqt saqlanib turadilar va V atomlarni uyg‘ongan holatlarga o‘tkazish uchun xizmat qiladilar. 2.2 - reaksiya bo‘yicha ro‘y beradigan jarayon ikkinchi tur to ‘qnashuvlar nomini olgan. Atom uyg‘ongan holatdan asosiy holatga yoki pastki energiya holatiga to‘rt xil yo‘l bilan o‘tishi mumkin: - uyg‘ongan atomning erkin elektron bilan to‘qnashuvida elektronga energiya berish yo‘li bilan; - bir necha gaz aralashmasida boshqa tur atomlari bilan to'qnashish natijasida; - atomning gaz razryadi trubkasi devori bilan to‘qnashuvi nat^asida; - o‘z - o‘zidan nurlanish yo‘li bilan. Gazlar o‘tayotgan elektr tokining berilgan qiymatida atomning uyg‘onish va relaksatsiya jarayonlarining to‘xtovsiz ro'y berishi natijasida atomning (uyg‘ongan) energiya sathlari bo‘ylab taqsimoti - invers bandlikni vujudga keltiradi. Relaksatsiya - makroskopik fizikaviy tizimda termodinamik muvozanatning o‘mashuvi jarayoni. Gaz lazerlarining tuzilishi 2.7 - rasmda keltirilgan. 1.7-rasm. Gaz lazerining tuzilishi. Gaz lazeri past bosimli gaz aralashmasi bilan to‘ldirilgan shisha trubkadan iborat. Trubka (1) diametri bir necha millimetrdan bir necha santimetrgacha bo‘ladi. Trubka uchlari (2) Bryuster burchagi ostida joylashtirilgan yassi parallel plastinalar bilan biriktirilgan. Bunday plastinka orqali rasm tekisligida qutblangan yorugMik o'tganda plastinka sirtidan qaytish natijasida yo‘qotishlar nolga teng bo‘ladi. Trubka ikkita yassi parallel yorug‘likni to‘liq qaytarish xususiyatiga ega bo‘lgan yarim shaffof va shaffof ko‘zgular (3) orasiga joylashtirilgan. Oldin yuqori kuchlanishli impuls (5) berib gaz molekulalari ionlashtiriladi. Doimiy elektr toki (4) berish orqali ionlar uyg‘ongan holatga o‘tadi. 1960-yil oxirida amerikalik fizik olim A.Djavan geliy va neon aralashmasi yordamida birinchi gaz lazerini kashf qildi. Geliy - Neon (He - Ne) lazeri. He -Ne lazeri neytral atomlardan tuzilgan gaz lazerlarining eng ko‘p tarqalgan turidir. U uch to‘lqin uzunligi Ai = 3391nm, Л2 =1152nm, Лз = 632,8 nm, danurlanish xususiyatiga egadir. Kashf etilgan birinchi gaz lazeri He - Ne lazeri bo‘lib, u A =1152 nm to‘lqin uzunligida nur chiqargan va nurlanish quwati R = 700 m Vt gacha qiymatga ega bo‘ Igan. Hozirgi vaqtda He - Ne lazerining A — 632,8 nm to'iqin uzunligida nurlanuvchi turi eng ko‘p tarqalgan. Gazli razryad nayining ichki diametri bir necha mm dan 7 sm gacha, uzunligi esa bir necha sm dan bir necha metrgacha boMishi mumkin. Faol muhit sifatida neon gazi olinib, yordamchi gaz sifatida unga geliy gazi qo‘shiladi va ulaming nisbati taxminan 1:7 munosabat olinib, gaz razryad nayi kerakli bosimlarda (1,3 mm sm. ust. teng bosimlarda) to‘ldiriladi. Razryad nayining ichida yoki tashqarisida 2.8 - rasmda ko‘rsatilgandek silindrik yoki tasmali elektrodlar joylashtiriladi va ular mos holda doimiy tokli yoki ko'ndalang yuqori chastotali razryad hosil qilishi uchun xizmat qiladi. 1.8-rasm. Geliy-neon lazerining tuzilishi: 1- shishadan yasalgan geliy-neon aralashmali razryad nayi yuqori kuchlanish bilan ionlashtiriladi (1-2,5 kV); 2 - katod; 3 - anod; 4 - shaffof bo ‘Imagan sferik ко ‘zgu (o ‘tkazuvchanligi 0,1 %); 5 - shaffof sferik ко zgu (o ‘tkazuvchanligi 1-2 %); 6 - trubka uchlari Bryuster burchagi ostida joylashgan shisha yassi parallel plastinkalar. Geliy va neon aralashmali muhitdagi jarayonni tahlil qilish uehun, geliy va neon atomlarining elektron energetik sathlari dkgnunmasidan foydalanamiz (1.9-rasm). ,.t. j Oelly yordamchi gaz boiib, ikkinchi tur to‘qnashishlar yordamida neon ishchi energetik sathlarini neon atomlari bilanto‘ldirishga yordamlashadi. Geliy atomlarining o‘zi erkin elektronlar bilan to'qnashganda yuqori energetik sathlarga o‘tadi. Geliy atomining bu yuqori sathlardagi yashash vaqti 10-3.v va bu sathlar energiyasi neon atomining 2S va 3S sathlarining energiyalariga yaqin. Bu holda yuqori energetik sathdagi geliy atomlari pastki sathda joylashgan neon atomlari bilan noelastik to‘qnashib uni yuqorigi 2S va 3S ishchi sathlarga o‘tadi. Geliy atomi 2S sathi va neon atomini 3S sathi energiyalarining farqi 300 sm'1ga teng bo‘ladi. Bu xona temperaturasidagi kTning qiymatidan birmuncha katta bo‘lishiga qaramasdan geliy atomidan neon atomiga energiya uzatish jarayonining intensivligi yuqori bo‘ladi. 1.9-rasm. Geliy - neon lazerining energetik sathlari. Shunday qilib, g‘alayonlantirilgan geliy atomlari yordamida neon atomlarini g'alayonlantirish uchun, energiya zarralaming o‘zaro noelastik to‘qnashishi yo‘li bilan uzatiladi. Bu o'tishlarida invers bandlik hosil bo‘ladi va lazeming to‘rt energetik sathli tuzilishdagi ishlash tamoyiliga mos keladi. Bu jarayonda neon atomlari elektronlar bilan to‘qnashadi hamda g‘alayonlantirilgan sathlarga o‘tkazilib, invers bandlik hosil qilinadi. Razryad tokening katta qiymatlarida neon atomining IS sathi elektron - neon to‘qnashuvi natijasida to‘ldiriladi. Bu holda 2R va 3R sathlarning IS sathdagi neon atomlari bilan to‘ldirilishi asosiy hisoblanadi. Bu esa invers bandlikning kamayishiga hamda generatsiyaning yo‘qolishiga olib keladi. Bu holda neon atomining nurlanishi 2S—*2R va 3S—*3P sathlardagi o‘tishlariga to‘g‘ri keladi. Bu jarayonlarni quyidagi ifodalar ko‘rinishida yozish mumkin: ye +Ne (IS) -» Ne (2R) +ye ye +Ne (2S) -> Ne (3R) +ye (2.3) Birinchi bo‘lib 2S-^2R energetik o‘tishlarida lazer generatsiyasi olingan. Hozirgi paytda, sanoatda ishlab chiqilgan lazerlarda uch xil o‘tishlarda generatsiya olingan bo‘lib, ularda generatsiya olish shart-sharoitlari taxminan bir xil (gaz aralashmasi bosimi, razryad tokining qiymati) va nurlanish quwatining razryad parametrlariga bog‘liqligi ham bir xil bo‘ladi. To'lqin uzunligi A 1 = 339lnm nurlanish berish imkoniyatiga ega bo‘lgan energetik sath neon atomlari bilan tez va oson toMdiriladi. To‘lqin uzunligi 632,8 nm nurlanish generatsiyasini olish murakkabroq, lekin bu nurlanish elektromagnit to‘lqin diapozonining ko‘zga ko‘rinadigan diapazonida boMgani va foto qabulqilgich qurilmasining eng katta sezgirlik sohasida yotgani uchun neon lazerlari ko‘p ishlab chiqariladi va xalq xo‘jaligining turli sohalarida ishlatiladi. Gazodinamik SO2 lazer. Faol muhiti karbonat angidrid (SO2) gazida ishlovchi va o‘rta infraqizil 10600nm to‘Iqin uzunlikli diapazonda nurlanish beruvchi lazcrdir. Uning uzluksiz ish rejimdagi kogerent nurlanish quvvati yuzlab kilovattga yetishi mumkin va texnikaning turli sohalarida ishlatilishining Imkoniyatlari keng. Nurlanish quwati R = 100 mVt gacha qiymatga ega bo‘lgan geliy— neon lazerining umumiy ko‘rinishi. Gazodinamik SO2 - lazerda invers bandlik yuqori haroratgacha qizdirilgan gaz aralashmasining keskin ravishda kengayishi natijasida hosil qilinadi. Gazodinamik lazerning ishlashini 2.10 - rasm asosida tushuntirish mumkin 1.10-rasm. Gazodinamik lazerning tuztiishi: 1 -yonish kamerasi, 2 - soploning kritik yuzasi, 3 - optik rezonator, 4 - diffuzor; 5 ~ CO2 gazi bilan ta ’minlaydigan kamera. Biror idishda yuqori temperatura {T-=1400K) va bosimda (17atm.) gaz joylashgan boMsin. Gaz boshlang‘ich holatda termodinamik muvozanatda boigani uchun SO2 molekulasiningyuqori lazer sathi 001 yuqori bandlikka (asosiy sath bandligining taxminan 10 % ega bo‘ladi. Pastki sathning bandligi undan ham yuqori bo‘lib (25%), ular orasida invers bandlik mavjud bo‘lmaydi.' Gaz aralashmasi ingichka tirqish - soplo orqali kengaya boshlasin. Kengayish adiabatik ravishda bo‘lgani uchun gazning kengaygandan keyingi temperaturasi juda kichik bo‘lib qoladi. Yuqori va pastki lazer sathlarining bandligi yangi temperaturaga mos keladigan muvozanat holatga o‘tishga intiladi. Lekin yuqori sathning yashash vaqti, pastki sathning yashash vaqtidan katta bo‘lgani uchun pastki sathning bandligi yangi muvozanat holatga mos tushuvchi bandlikka tezroq o‘tadi. Natijada, gazning kengayish sohasida, gaz oqimi yo‘nalishida yetarlicha keng bo‘lgan sohada yuqori sathning bandligi kattaroq bo‘lib qoladi, ya’ni invers bandlik sodir bo‘lishi kuzatiladi. Bu soha uzunligi uyg‘onish holatini azot molekulasidan SO2 molekulasiga uzatish uchun ketgan vaqtga gaz oqimi bosib o‘tgan masofaga teng bo‘ladi. Gazning kengayishi natijasida invers bandlikni hosil qilish gazning temperaturasi va bosimi pasayishi vaqti yuqori sath yashash davridan kichik, pastki sath yashash davridan katta bo‘lgandagina samarador boMadi. Bu shartga bo‘ysunush uchun gaz tovush tezligidan katta bo‘lgan tezliklarda kengayishi talab qilinadi. Boshlang‘ich gaz aralashmasining yuqori temperaturasi maxsus yoqilg‘ining yonishi natijasida hosil qilinadi. Masalan, SO va N2 yoki benzol 1.11-rasm. Gazodinamik SO2 lazerning tuzilish sxemasi: 1-yoqilg'i qabul qilish kamerasi, 2 -yuqori bosimliyonish kamerasi, 3 - issiqlik nurlanishi chiquvchi tuynuk, 4 - nur qaytaruvchi ко ‘zgu, 5 - yarim shaffofli ко ‘zgu orqali lazer nurining chiqishi, 6- qo ‘shimcha nurlanishning chiqishi. Yuqorida aytilganidek, CO lazer ishchi aralashmasi juda yaxshi sovitilishi kerak. CO lazerda invers bandlik ishchi gazning 350 + 400 К haroratidayoq yo‘qoladi. Uning birlik uzunligidan olinishi mumkin bo‘lgan quwat trubka devorlari harorati 77 К dan 300 К gacha o‘zgarganda 300 dan 30 Vt/m gacha pasayadi. CO - lazerlar ham nurlanish quwatini oshirish uchun konveksiya usuli bilan sovitilish va invers bandlikni hosil qilish uchun nomustaqil razryadlardan foydalanishni talab qiladi Eksimer lazerlar. Eksimer lazer - elektron sathlari orasida o‘tish natijasida nurlanish hosil bo‘luvchi molekular lazerlardir. Ba’zi bir inert gazlar va ularning galogenlari bilan birikmasi molekulalari faqat uyg‘ongan holatda mavjud bo'ladi. Bunday molekulalar - eksimer (inglizcha - excited dimer) - uyg‘ongan dimer nomini olgan. Ikki atomli molekulaning asosiy holati potensial energiyasi atomlar orasidagi itarilish kuchlariga mos keladi. Shuning uchun bu molekula asosiy holatda mavjud boMmaydi. Uyg‘ongan holat potensial energiyasi minimumga ega bo‘lganda molekula mavjud bo‘ladi. Zarralandan tuzilgan molekula faqat dimer holatida mavjud bo‘ladi. Eksimerning asosiy holatga o‘tishi uning alohida zarralarga ajralib ketishiga olib keladi. Qandaydir hajmda yetarlicha eksimer molekulalar hosil qilingan bo'lsin. Unda yuqorigi (bogMangan) va pastki (bog‘lanmagan) sathlar orasidagi o‘tish natijasida nurlanish hosil qilish mumkin. Bunday lazer eksimer lazer nomini olgan. Bu lazer ikkita ajoyib xususiyatga egadir. Generatsiya natijasida asosiy holatga o‘tgan molekula darhol dissotsiatsiyalanadi - alohida zarralarga ajralib ketadi. Ya’ni pastki sath hamma vaqt bo‘sh bo‘ladi. Lazer nurlanishi aniq chastotaga ega bo‘lmay - keng polosaga ega. Bu esa lazer nurlanish chastotasini keng intervalda o‘zgartirish imkoniyatini beradi. Inert gazlar argon, kripton, ksenon (Ar, Kr, Xe) galogenlar ftor va seriy (F,Ce) bilan aralashishi natijasida hosil bo‘lgan eksimerlar asosida yaratilgan lazerlarni ko‘rib chiqaylik. Ularning nurlanishi •sosan uhrabinafsha nurlarga to‘g‘ri keladi. Masalan: Ar F (A*193 nm), KrF (A =248 nm), XeCe (A *308 nm), XeF (Am353 nm). Eksimer lazerlarning uyg'ongan holatga o4kazish mexanizmi aicha murakkabdir. Masalan, KrF lazerda (unda Kr.Fiva bufer gaz ■llMhmasi qoMlaniladi), birinchidan, inert gazning uyg'ongan M i l galogen bilan to'g'ri reaksiyaga kirishadi: Kr + F2 K.2 F + F ikkinchidan elektron galogenga qo‘shiladi: ye + F2 —*■ F~ + F uchinchidan, galogenning manfiy ioni bilan quyidagi rekombinatsiya ro‘y beradi: F ~ + Kr+ + M -+ KrF + M M - bufer gaz (Ar yoki He). Galogenlar asosidagi eksimer lazerlarda damlash elektron dastasi yoki elektr razryadi vositasida amalga oshiriladi. Elektr razryadi qo‘llanilganda gazni elektronlar dastasi yoki ultrabinafsha nurlanish yordamida oldindan ionlashtiriladi. Bunday lazer faqat impuls maromida ishlaydi, tuzilishi yuqorida bayon etilgan SO2 - lazer tuzilishiga o‘xshash bo‘ladi. Lazer nurlanishi impuls davomiyligi bir necha o‘n nanosekundni tashkil qiladi. Hozirgi vaqtda o‘rtacha quwati 100 Vt, qaytarilish chastotasi lkGs, elektr f.i.k. rj-1%0 bo‘lgan eksimer lazerlar yaratilgan. Eksimer lazerlar murakkab fotokimyoviy jarayonlami amalga oshirishda, izotoplami ajratishda katta ahamiyatga ega. 2.3. Ionli lazerlar Lazer nurlanishi faqat neytral atomlar energiya sathlari orasida o4ishlar natijasida hosil boMmasdan, balki ionlarning energiya sathlari orasida o'tishlari natijasida ham hosil boMishi mumkin. Bunday lazerlar ion lazerlar nomini olgan. Ion lazerlaming eng keng tarqalgani argon lazerini ko‘rib chiqamiz. Bu lazerda ko‘plab spektral chiziqlarda kogerent nurlanish olingan. Argon lazeming asosiy quwati 465,8 va 514,5 nm to‘lqin uzunliklarda jamlangan. Argon lazeming ishlash tamoyilini ko‘rish uchun argon ionining energetik sathlarining soddalashtirilgan diagrammasi 2.12-rasmda keltirilgan. 56 2.12-rasm. Argon ioni energetik sathlarining soddalashtirilgan diagrammasi. Argon lazerida invers bandlik va undagi majburiy kogerent nurlanishlar argon ionining 3rA4r va 3^48 sathlar orasidagi o‘tishlarida olinadi. Yuqori lazer 3rM4r sathni elektronlar bilan to‘ldirilishi, ya’ni sathni g‘alayon tirilishi zinapoya usulida hosil qilinadi. Awal gaz razryadidagi erkin elektronlar argon atomini ionlashtiradi, undan so‘ng argon ionidagi elektronlar bilan to‘qnashib, ulami 3rA4r yuqori lazer sathiga chiqariladi. Bu jarayon quyidagi qonuniyat bilan ifodalanadi: Ar -he —* Ar*(3ps) +2e Ar* (3p}) + e -* Ar+ (3p44p) + e (2.4) Elektronlarning yuqori, (3r*4r) lazer sathida yashash vaqti * 10•*/ bo'lib, bu vaqt quyi (3r*4S) lazer sathida elektronlarning (r~ 10~9) vaqtidan 10 marta katta. Shu sababga ko‘ra invers bandlik va majburiy o‘tishlar orqali kogerent nurlanish olish imkonini beradi. Ushbu jarayonlar gaz razryadidagi elektronlaming katta konsentratsiyasida ro‘y beradi. Buning uchun yoy razryadidan foydalaniladi (razryad nayida elektr tokining zichligi ~100A/sm2 gacha bo‘lishi mumkin). Argonli lazer qurilmasining konstruksiyasi 2.13-rasmda keltirilgan. Faol element keramik kapillardan tashkil topgan. Razryad (4) nayiga (6) anod va (2) katod elektrodlar joylasitirilgan. Bu elektrodlar orasiga katta tok hosil qila oladigan doimiy elektr kuchlanishi beriladi. Razryad nayining chetlari Bryuster burchagi ostida o‘rnatilgan kvars shisha (J) oynalar bilan berkitilgan. Razryad nayida yoy razryad hosil qilingani uchun undan katta issiqlik ajralib chiqadi. 7 2.13 -rasnu lonli argon lazerining iuzilishi: 1 - lazerning chiqish oynasi, 2 - katod doimiy magnit; 3 - suv bilan sovutish kanali, 4 - kapillar razryad nayi, 5 - magnitlar, 6 - amd, 7 - aylanma nay, 8 - shaffof bo 'Imagan ко ‘zgu, 9 - shaffof ко‘zgu. Shuning uchun razryad nayi (3) qobiq orqali suv bilan sovitilib turilishi shart. Razryaddagi elektronlar konsentratsiyasini orttirish, shu orqali lazer nurlanishi quwatini kuchaytirish uchun razryad nayi o‘qi bo‘ylab joylashgan (5) magnit maydoni hosil qilinadi. Lazeming optik rezanatorini o‘zaro parallel va razryad nayi o‘ beradi. Reaksiya energiyasining 60 % dan ko‘prog‘i tebranma harakat energiyasiga aylanadi. Kimyoviy reaksiya natijasida HF molekulasining uyg‘ongan holatiga o‘tishini ko‘rib chiqaylik. Ftor atomida elektronga moyillik mavjud boMgani uchun F - H2 tizimidagi o‘zaro ta’sir katta masofalarda kuchli tortishuv ko‘rinishiga ega. Bu tortishuvni H2 molekulasining zaryadlari taqsimotining kuchli qutblanishini hosil qiladi. Elektronining massasi kichik bo‘Igani uchun proton HF molekulasining asosiy holatiga mos keluvchi yadrolar orasidagi masofani bosib o‘tguncha HF bog‘lanish vujudga keladi. Demak, reaksiya natijasida proton atom yadrosidan HF bogianishning muvozanat holatiga mos keluvchi masofadan katta masofada boTishi ehtimoli paydo boidi. Bu hoi tebranma harakatni paydo boiishiga olib keladi. 2.5 - tenglamaga ko‘ra reaksiya ro‘y berishi uchun atomar ftor kerak bo‘ladi. Atomar ftor SF2 yoki F2 molekulalarini dissotsiyalash natijasida hosil qilinadi. Dissotsiyalashni, masalan, elektr razryadida elektronlar bilan to‘qnashuv natijasida amalga oshiriladi (SFe + e SFs + F + e ). Ftor molekulalari ishlatilganda ftor molekulasining atomar vodorod bilan o‘zaro ta’siri natijasida atomar ftor hosil boiadi: H + F2 - ^ H F + F (2.6) Mazkur reaksiya natijasida hosil boigan atomar ftor 2.5 - reaksiyada ishtirok etishi mumkin. Natijada zanjirli reaksiya vujudga kelib, uyg'ongan holatdagi HF molekulalaming soni boshlang‘ich ftor atomlari sonidan nihoyatda katta boiib qoladi. 2.6 - reaksiyaning natijasida ajralib chiquvchi kimyoviy energiya 2.5- reaksiyaning kimyoviy energiyasiga nisbatan ancha katta boiib, 98 kkal/ mol ni tashkil qiladi. Bu HF molekulalarini juda yuqori sathgacha uyg‘ongan holatda boiishiga olib keladi. Shuning uchun 2.6 - reaksiya HF molekulasining turli tebranma sathlari orasida invers bandlikni hosil qiladi. HF lazer impuls va uzluksiz nurlanish maromida ishlaydi. Impuls lazerlarda atomar ftor molekulalaming elektr razryadida hosil boigan elektronlar yoki chetdan kritilgan elektron dastasi bilan to‘qnashuv natijasida hosil qilinadi. Elektr razryadi qoMlanilgan HF lazer tuzulishi CO2 -lazer tuzilishiga o‘xshash boiib, unda ham bir jinsli razryad hosil qilish uchun ultrabinafsha nurlar tomonidan oldindan ionlashtirish qoMlaniladi. Ftor manbasi sifatida rnolekular ftor kiritilganda faol muhitda zanjirli reaksiya ro‘y beradi va bunday lazeming energiyasi elektr razryad lazerlar energiyasidan nihoyatda katta bo‘ladi. Uzluksiz nurlanuvchi lazerlarda ftor plazmatron vositasida dissotsiyalanadi va tovushdan yuqori tezlikda konus naychada kengayadi. Oqimga alohida va rnolekular vodorod kiritiladi va u (2.6) bo‘yicha reaksiyaga kirishadi. HF lazerdan tashqari xuddi shunday tamoyilda ishlaydigan F, HCe, HBr lazerlar mavjud boMib, ularning nurlanish to‘lqin uzunligi 3,5 - 5 mkm ga to‘g‘ri keladi. Bunday toMqin uzunliklardagi nurlanish atmosferadan juda yaxshi o‘tadi. Azotli lazer. Azotli lazer rnolekular lazerlarning biri bo‘lib, unda nurlanish molekulaning elektron - tebranma o‘tish chiziqlarida amalga oshiriladi. N2 lazer toMqin uzunligi A = 337 nm ni tashkil qiladi. Azot molekulasining energetik sathlari (2.14) rasmda ko‘rsatilgan. Energrya, eV В holdI A holat Mlhlarl 2.14 - rasm. Azot molekulasining energetik sathlari. Azot lazerida nurlanish A holatdan V holatga o‘tish natijasida l|ptt qilinadi. A holatning uyg‘ongan holatga o‘tishi asosiy Mbttdagi azot molekulalarining elektronlar bilan to‘qnashuvi ro'y beradi. A va Vholatlar triplet hoiatlar (3 ta sathdan iborat) bo‘lib, ularga asosiy holatdan to‘g‘ridan - to‘g‘ri o‘tish spin soni nuqtayi nazaridan ruxsat etilmagan. Lekin Frans - Kondon tamoyiliga ko‘ra A holatning 0 - sathning uyg‘onish kesimi V - holatning 0 - sathning uyg‘onish kesimiga nisbatan katta bo‘lishi mumkin. Frans - Kondon tamoyiliga ko‘ra molekula bir elektron holatdan ikkinchi elektron holatga o‘tganda molekuladagi atom yadrolarining o‘zaro holati va tezliklari sezilarli darajada o‘zgarmasligi kerak. Boshqacha so‘z bilan aytganda, potensial energiya diagrammasida o‘tishlar potensial chuqurdagi molekulaning tebranma harakatininig potensial chuqur devoridan burilish nuqtalaridan vertikal bo‘yicha ruxsat etilgan xolos. A - holatning nurlanuvchan yashash vaqti 40 ns bo‘libf V - holat uchun 10 mks ni tashkil qiladi. Shuning uchun bunday lazer faqat impuls maromida ishlaydi. Buning uchun uyg‘ongan holatni hosil qiluvchi elektr impulsi davomiyligi 40 m dan birmuncha kichik bo‘lishi kerak. Azot lazerda odatda kuchlanganligi 10 V/sm bo‘lgan elektr maydonlari va gazning 30 mm.sim.ust. bosimda bo‘lishi kerak. Yuqori kuchlanganlikka ega elektr maydonning qoilanilishi ko‘ndalang razryadli sxemani qo‘llashni taqozo qiladi. Bunday lazerlar maksimal quwati lMVt, impulsi davomiyligi 10 ns, qaytarilish chastotasi 1000 Gs gacha bo‘lgan nurlanishni hosil qilishga imkoniyat beradi. 2.5. Yarimo‘tkazgichli lazer Yarimo‘tkazgichli lazer, qattiq jismli lazerlaming o‘ziga xos turiga kiradi. Bu turdagi lazeriarda invers bandlik hosil qilishni va kogerent nurlanish olishni energetik sathlar hamda energetik sohalar asosida tushuntirish mumkin. Qattiq jismlarda elektronlar energetik holatlar bo‘ylab taqsimlangan bo‘lib, energetik sohalami hosil qiladi. Energetik sohalami bir - biridan ajratgan oraliq masofa mavjud. Elektronlar joylashgan sohalar oralig‘ida energetik sathlar bo'lmaydi. Elektronlarga to‘lgan va energiya taqsimotiga ko‘ra eng yuqoridagi energetik holatlar to‘plamiga valent soha deyiladi. Elektronlar qisman o‘rin olgan yoki butunlay o‘rin olmagan holatlarga o'tkazmchanlik sohasi deyiladi. 2.15-rasmda dielektriklaming, metal laming va yarimo‘tkazgichlaming energetik sohalarini diagrammasi keltirilgan. Valent soha bilan o‘tkazuvchanlik sohasi oralig‘ida taqiqlangan, ruxsat etilmagan soha joylashgan. O'ikazuvchanlik sohasi Valent sohasi Yarimo ‘tkazgich Metal! 2.15 - rasm. Dielektrik, у arimo‘tkazgich va metalining energetik sathlari: Ef-Fermisathi, Eg. vachent soha bilan oUkazuvchanlik sohasi orasidagi energiya. 0 ‘sha ruxsat etilmagan sohaning kengligiga ko‘ra moddalar Izolatorlarga, o‘tkazgichlarga va yarimo'tkazgichlarga boMinadi. Iiolatorlarda ruxsat etilmagan soha juda keng bo'ladi. Metallarda Viltnt soha bilan o‘tkazuvchanlik soha bir - biriga o‘tib, qo‘shilib iM p n va qat’iy chegaraga ega emas. Ruxsat etilmagan sohaning 6‘rtaslda Fermi sathi joylashgan. Agar ruxsat etilmagan sohaning iMkmgligi kichik bo‘lsa, elektronlar issiqlik harakati tufayli valent lOkadan o'tkazuvchanlik sohasiga (Eg~kT) oshih o‘tishi mumkin. Bu xil moddalar yarimo4kazgichlardir. Elektronlar valent sohasidan o'tkazuvchanlik sohasiga issiqlik energiyasi tufayli o‘tsa valent sohasida elektron o'rniga kovak hosil bo‘ladi. Kovak ham energetik sathga va zaryadga (ishora jihatdan zaryad musbat) egadir. Elektron qanday xususiyatga ega bo‘lsa, kovak ham o'shanday xususiyatga egadir. Ular bir - biridan faqat ishorasi jihatdan farq qiladi xolos. Agar yarimo'tkazgichlarning tarkibiga metallami diffuziya yo‘li bilan kiritsak, u holda legirlangan -yarimo'tkazgichlar hosil bo‘ladi. Bu xil yarimo‘tkazgichlarda elektronning va kovaklaming soni o‘zgaradi. Agar yarimo‘tkazgichning tarkibiga besh atomli metall atomlari kiritilsa, masalan, kremniy tarkibiga fosfor kiritilsa, bunday legirlangan yarimo‘tkazgichga n - tipli yarimo 'tkazgich deb, yarimo‘tkazgich kristali panjarasiga kiritilgan metall atomini esa donor deb ataladi. Agar yarimo'tkazgich tarkibiga diffuziya yo‘li bilan uch valentli indiy kiritilsa, moddada Si kremniyda kovalent bog‘lanishida uchta elektron ishtirok etib, bitta elektronining o‘mi bo‘sh qoladi, o ‘sha bo‘sh qolgan joy kovak va musbat zaryadli boMadi. Bunday yarimo‘tkazgichlarga p-tipli yarimo ‘tkazgichlar dey iladi. Diffuziya yo'li bilan yarimo‘tkazgichning kristall panjarasiga kiritilgan metall atomini akseptor deb ataladi. Yarimo‘tkazgichli kristallardan tayyorlanadigan diodlar, tranzistorlar xuddi shu usuldayasaladi. Bu jihatdan qaraganda eng oddiy yarimo'tkazgich lazeri p va n tipli yarimo'tkazgichlardan yasalgan dioddir. Yarimo‘tkazgichli lazerlar uchun p-n o'tish sohasida elektron va teshiklar bir vaqtda ishtirok etishi katta ahamiyatga ega. Bu shart kuchli legirlangan yarimo'tkazgich donor va akseptorni hosil qiladigan elementlami yarimo‘tkazgichning kristall panjarasiga kiritib konsentratsiyasini bir santimetr kub hajmda 10l7-1018 ta atomga yetkazishda bajariladi, Kuchli legirlangan yarimo‘tkazgichlarda Fermi sathi Ef o‘tkazuvchanlik zonasining ichida joylashadi. «-tipdagi yarimo‘tkazgichda donor sathi elektronga to'ladi va qisman o'tkazuvchanlik zonasiga ham o‘tadi. p - tipli yarimo‘tazgichda esa akseptor sathi to'lmaydi va tirqish valent zonasida paydo bo'ladi. Fermi sathi esa valent zonasida joylashadi Shu ikki xil kuchli legirlangan yarimo‘tkazgichlar tutashtirib qo‘shilsa, energetik sathlar siljiydi va Fermi sathi ikkala tip uchun bir xil qiymatga ega bo‘ladi. 2.16 (a) - rasmda kuchli legirlanganp-n tipli yarimo4kazgichning energetik sxemasi keltirilgan. Agar elektr manbaning musbat qutbini p - tipiga va manfiysini n - tipiga ulasak, elektronlar musbat elektrodga, teshiklar esa manfiy elektrodga qarab yo‘naladi. Ana shu ikki xil zaryadli zarrachalar ikki tipli yarimo‘tkazgiching qo‘shilgan chegarasida, ya’ni p-n o‘tish chegarasida uchrashadi. Elektronlar teshiklar bilan uchrashib, rekombinatsiyalashadi va kvant nurlanishini hosil qiladi. Kvant nurlanishining energiyasi hv Eg ga teng. Elektr maydoni ta’sirida energetik sohalaming siljishi kuzatiladi. 0 ‘sha siljish 2.16 (b) - rasmda sxematik keltirilgan. Siljish qiymati elektr maydon potensiali bilan bog‘langan: AE = eV e - elektron zaryadi, V- elektr maydon potensiali. Yarimo‘tkazgichning ikki tipi tomonga beriladigan tokning elektr maydoni ta’sirida p-n o‘tish chegarasida “yopiladigan qatlam” hosil bo‘ladi. Bu yopiladigan qatlamda inversion ko‘chganlik hosil boMadi. Yarimo‘tkazgichga elektr manbai ulaganda tashqi elektr maydoni ta’sirida yopiladigan qatlamda elektronlami n - tipli yarimo‘tkazgichning o‘tkazish sohasidan va teshiklami esa p - tipning valent sohasidan tortib chiqarib to‘playdi. Shu paytda yopiladigan qatlamda elektron bilan teshik uchrashib rekombinatsiyalashish natijasida yorug‘lik nurini chiqaradi (2.16 (d) - rasmga qarang). Shuni aytish lozimki, p-n o‘tishli yarimo‘tkazgich yaxlit monokristalldan tayyorlanadi va pn o'tish shu monokristallning ichida hosil qilinadi. Elektr maydon U’sirida yopiladigan qatlamda p-n o'tish chegarasida zaryad (Mhuvchilar elektron va teshiklaming odatdagidan ortiqcha kOIIMntratsiyasini hosil qilish shu yarimo‘tkazgich chegarasida IplfllQn ko'chganlik hosil qilishning aynan o‘zidir. Yopiladigan qnlimnl faol qatlam deyiladi. Elektr zaryadini tashuvchi elektron HI Hihllflir birgalikda faol markazlarni hosil qiladi. Yarimo‘tklZgloh lazerlarning faol moddalari: GaAs, InAs, InSb, PbSe . 2.16 - rasnu Kuchli legirlangan p-n oHishli yarintoUkazgichlarning energetik sohalari va kvant nurlanish sxemasi: a) Elektr maydon ta ’siri bo ‘Imaganda sohalaming siljishi kitzatilmaydi. b) Elektr maydon ta ’sirida sohalaming p - tip tomonga siljishi. d) Rekombinatsiya vaqtida yopiladigan qatlamdan kvant nurlanishi. Bu faol moddalar rezonatorga joylansa, lazer nurlarini chiqaradi. Yarimo‘tkazgich lazerida optik rezonator vazifasini yarimo‘tkazgichli kristallning yon tomonlari bajaradi. Kristallning qarama-qarshi silliqlangan tomoni ko‘zgu vazifasini bajaradi, chunki yarim o‘tkazgichli kristallaming sindirish ko‘rsatkichi (п - 3,5) juda katta qiymatga ega, yarimo‘tkazgich va havo chegarasidan 30+35 % yorug‘Iik qaytadi. Arsenid-galliy lazerining toMqin uzunligi A= 0,84 mkm. 77 °K temperaturada foydali ish koeffitsiyenti 70+80% ni tashkil qiladi. 2.17-rasmda yarimo‘tkazgich lazerini damlash, nurlanish energetik sathlari va lazeming tuzilishi sxematik ravishda keltirilgan. GaAs lazeri generatsiyasining quyi chegarasi, 77 °K temperaturada {2+3)xl02 A/sm2ni tashkil etadi. Impulsli rejimda elektr toki 0,5+1 mikrosekund davomida invers bandlik hosil qiladi, uning quwati 100 Vt ga yaqin. Uzluksiz rejimda esa quwati bir necha Vattni tashkil etadi. Aslida yarimo‘tkazgich lazerlari eng samarali lazer bo‘lishi bilan birga generatsiyasi keng spektral oraliqni (0,3 mkm dan to 30 mkm) egallaydi. dag'al yuza 10-100 mkm faol muhit siUiqlangan yuza 100-300 mkm lazer nurinmg tarqalish __ yo ‘nalishi о 'tkazuvchanlik , sohaxi * % i i WV\>>hv к Valent sohasi 2.17-rasm. a) yarimo ‘tkazgichli lazeming tuzilishi: 1-elektr toki beriladigan simning kontakti, 2-yarimo ‘tkazgich kristali; b) damlash. Damlash tokining GaAs lazeri generatsiyasining quyi chegarasidan ancha yuqori qiymatida nurlanish spektri 3,5 sm 1 kenglikka ega. Ikkita bo‘ylama modalaming spektral oralig‘i quyidagi formula yordamida aniqlanadi. A v= s H S ) ] H - slndlrlah ko'rsatkichi, Л - toMqin uzunligi, (—) - sindirish ЯА Ita'rMlklchining dispersiyasi, L - rezonator ko‘zgulari orasidagi masofa (yarimo4tkazgich kristallining qalinligi). Ga(Asi-*Px) lazeri - boshqa yarimo‘tkazgich lazerlariga nisbatan ancha keng spektral oraliqda generatsiya (0,84 mkm dan to 0,64 mkm gacha) hosil qiladi. Toza GaAs (x= 0) da generatsiya= 0,84 mkm, agar moddaning tarkibi o‘zgartirilsa (дг =0,4), generatsiya chastotasi ham o‘zgaradi va nurlanish spektrining to‘lqin uzunligi 0,64 mkm ni tashkil etadi. Yarimo‘tkazgichning temperaturasini o‘zgartirish yo‘li bilan ham tashqi bosim (ostida mexanik kuch ta’sirida), ham generatsiya chastotasini o‘zgartirish imkoniyati mavjuddir. Shunday qilib, yarimo‘tkazgichlarning tarkibini, temperaturasini o‘zgartirib va bosim ta’sirida generatsiya chastotasini (to‘lqin uzunligini) uzluksiz o‘zgartirish mumkin. Shu sababli, yarimo‘tkazgich lazeri optoelektronikada, lazer printerida va spektroskopiyada keng ko‘lamda qo‘llanilmoqda. Quyida turli lazerlarning qoMlanilish sohalari slaydlari keltirilgan. O 'quvJarayonlda qo ‘llanltadlgan Uzluksiz maromda ishlaydigan Metallarda kichik о ‘Ichamli teshiklami q >ta quwatli texnologik lazer. hosil qilishda qo ‘llaniladigan lazer. - * . Yarimo ‘tkazgichli lazer 69 Suyuq bo 'yoqlardagi lazer. Gazodinamik lazer. 70 » Neodim lazeri Nd: YAG (To'lqin uzunligi 1064 nm) HNIWlflfftl munllkdafii lazer nurlari (pastdan yuqoriga): 405, 4451 520, 532, 635 va 660 nm. 71 Turli xil toUqin uzunlikdagi lazerlar yordamida gobgramma olish. FOYDALANILGAN ADABIYGTLAR 1. Karimov LA. Barkamol avlod - 0 ‘zbekiston taraqqiyotining poydevori., -Toshkent, 1997. 2. Басов Н.Г. Квантовая электроника. -М .: Наука, 1971. 3. Тарасов Л.В.Введение. Квантовая оптика. -М .,1987. 4. Реди Дж. Промышленное применение лазеров. -М.: Мир, 1981. 5. Елетский А.В., Смирнов Б.М.. Газовые лазери. -М.: Атомиздат, 1971. 6. Алейников В. Лазери на окиси углерода. -М., 1989. 7. Ярив А. Введение. Оптическая электроника. Пер.с анг. -М ., 1983. 8. Ярив А. “Квантовая электроника”. Пер.с анг. -М ., 1980. 9. Дюли У. “Лазерная технология и анилиз материалов”. Пер.с анг. -М ., 1978. 10. Богданкевич О.Б. и др. Полупроводниковые лазери. - М., 1976. 11. Федоров Б., Гордан Ф.Что такое лазер? -М., 1967. 12. Летохов B.C., Устинов Н.Д. Мошные лазери и их применение.-М., 1980. 13. Kamolxo‘jayev SH.M., Muhammadjonov М.A. Lazerlar va ularning qo‘llanilishi. TDTU,-Т., 1999,127 b. 14., Qurbonov M. Fizikadan namoyish eksperimentlarini uslubiy funksiyalarini kengaytirishning nazariy asoslari. Monografiya. -Т.: Fan, 2008. 15. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. -М .: Мир, 1981. 16. Сем Э.Ф. Лазери и их применение // Соросовский образователний журнал, № 6,1996,92-98 с. 17. Тарасов Л.В. Лазери: действителность и надежды. - М.: Наука, 1985. 18. Мансуров А.Н. Лазери и их применение в преподавании физики. -М .: Просвещение, 1984, 88 с. 19. Звелто О. Принципы лазеров. -М .: Мир, 1990. 212 20. Крылов К. И. и др. Основы лазерной техники. -Л.: Машиностроение, 1990. 21. Mirinoyatov М. Lazerlar fizikasi va texnikasi. -Т.: Universitet, 2012, 92 b. 22. Зайнобидинов C.3., Долиев X.C. Дефектообразования в кремнии. -Т.: Тош. ДУ, 1993. 23. Azizov М. Yarimo‘tkazgichlar fizikasi. -Т.: 0 ‘qituvchi, 1974. 24. Фистул В.И. Введение в физику полупроводников. - М.: Высшая школа, 1984. 25. Akromov X., Zaynobidinov S.Z., Teshaboyev A. Yarimo‘tkazgichIarda fotoelektrik hodisalar. -Т.: 0 ‘zbekiston,1994. 26. Пасинков B.B. Чиркин JI.K. Полупроводниковые приборы. -М . 1987. 27. Пател К. Успехи физических наук. -М ., 1969. 28. Савелев И.В. Курс общей физики. Учебник для вузов. -М.: Наука, 1989,304 . 29. Байбородин Й.В. Основы лазерной техники. -Киев: Высш.шк., 1981,408 с. Internet sayti www.bilimdon uz. - 0 ‘zbekiston Respublikasi oliy va o‘rta HMXIUt laMlm vazirligining veb-sayti. http//natlib.uz. - Alisher Navoi nomidagi 0 ‘zbekiston Milliy kutubxonasi veb-sayti. http://sunny.ccas.ru/library.html - Jahon kutubxonalari ser Yüklə 1,31 Mb. Dostları ilə paylaş:
|