He-ne lazerlar ishlash prinsipi

Mavzuning dolzarbligi: Amaliy hayotda lazerlarning o’rni hamda hozirgi zamon texnologiyalarining ishlashida lazerlarning ahamiyatini o‘rganishdan iborat.
Mavzuning maqsadi- tаlаbаlаrdа, bo’lаjаk fizikа o’qituvchisigа zаrur bo’lgаn dаrаjаdа lazerlarda sodir bo’lаdigаn hodisalar vа ularning turlаri, moddаning fizik хussusiyatlаri hаmdа mаkroskopik sistemаlаrning turli аgregаt holаtlаrdаgi fizik хossаlаri (аlohidа jism vа mаydonlаr uchun) hаqidа fenomenologik bilim, ko’nikmа vа mаlаkа shаkllаntnrishdir.
Mavzuning vаzifаsi - tаlаbаlаrgа laser fizikasigа doir аmаliy mаshg’ulotlаridа o’zlаshtirilgаn bаrchа mаvzulаr bo’yichа mаsаlаlаr yechish, hisoblash ishlаrini bаjаrib, ulаrgа doir hulosаlаr chiqаrа olish, fizikаviy qonuniyatlаri munosаbаtlаrini to’g’ri аniqlаsh kаbi vаzifаlаrni o’rgаtishdаn iborаt.
Mavzuning ilmiylik ahamiyati-biz bilamizki lazer nuri yuzaga kelishi uchun energitik sathlarda oʻtishlar amalga oshishi kerak yaʼni 3-sathdan 2-sathga oʻtishi va yana takrorlanishi kerak, shu holatlarni amalga oshirish uchun kuchaytirgichlardan foydalanish kerak.

1. 
   Geliy-neon lazeri
   

Geliy-Neon lazerlari quvvati bir necha o’n millivattga teng monoxromatik yaxshi dasta nurlantiradi, impulsli va uzluksiz rejimlarda ishlaydi, tuzilishi sodda va ishlatilishi qiyosan bexatardir. Bunday lazerlar spektrning ham ko’rinuvchan, ham infraqizil sohalarida nurlanish hosil qiladi. Ular nurlanishning to’lqin uzunligi spektrning ko’rinuvchi sohasida uning qizil qismiga (l=632,8 nm) to’g’ri kelib, spektrning infraqizil sohasida esa to’lqin uzunligi 1150 va 3390 nm ga teng. Bunday turdagi asboblar laboratoriyada qo’llaniladigan lazerning keng tarqalgan turi bo’lib qoldi, bunda nurlanishning parametrlariga qo’yilgan talablar yuqorida ko’rsatilgan shartlar bilan cheklanadi. Geliy-Neon lazerining prinspial chizmasi (2-rasmda ko’rsatilgan). Bu erda 1-diametri bir necha millimetr va uzunligi bir necha o’n santimetrdan 1,5 m gacha va undan ortiq bo’lgan gaz razryad shisha trubkasi. Trubkaning ko’ndalang yoqlari trubka o’qiga Bryuster burchagi hosil qilib joylashgan yassi parallel shisha yoki kvars plastinkalar bilan yopilgan. Bu plastinkalarning trubka o’qi bo’yicha tarqalayotgan hamda plastinkalarda yorug’lik tushish tekisligida qutblangan nurlanish uchun qaytarish koeffitsiyentlari nolga teng.

1-rasm. Geliy va neon lazerning prinsipial chizmasi
Geliyning trubkadagi bosimi taxminan 1 mm sim. ust. ga, neonning bosimi esa 0,1 mm sim. ust. ga teng. Trubkada past voltli manba yordamida qizdiriladigan 2 katod va silindrsimon bo’sh 3 anod bor. Trubkadagi anod bilan katod o’rtasiga 12,5 kV gacha kuchlanish ulanadi. Trubkaning razryad toki bir necha o’n milliampermetrga teng. Geliy - noyen lazerining razryad trubkasi 4,5 ko’zgular o’rtasiga qo’yiladi. Odatda sfera shaklida ishlangan bu kuzgalar ko’p qatlamli dielektrik qoplamali qilib yasalib, bu qoplamalarning qaytarish koeffitsiyenti katta qiymatlarga ega bo’lib, yorug’likni qariyib yutmaydi. Bir ko’zguning o’tkazishi odatda 2% ga teng, ikkinchisiiki esa 1% dan kam bo’ladi. Neon sathlarining invers bandligini ta‘minlaydigan jarayonlarini qisqacha muhokama qilaylik. 2-rasmda neon atomining energetik sathlarining soddalashtirilgan chizmasi ko’rsatilgan. (o’ng tomonda). To’lqin uzunligi 632,8 va 1150 nm ga teng bo’lgan nurlanishga Е₃ → E₁ va E₂ → E₁ o’tishlar mos keladi.
Gaz-razryad plazmasining elektronlari bilan to’qnashish natijasida atomlarning bir qismi uyg’onadi, bu hol 3-rasmda vertikal uzun-uzun strelkalar bilan ko’rsatilgan. Razryadning ma‘lum rejimlarida Е₂ va Е₁ sathlarning invers bandligi uchun bu jarayon etarli bo’ladi. Lekin l=632,8 ва l=3390 nm to’lqin uzunliklariga mos keladigan o’tishlar bo’ladigan Е₃,E₁ va Е₃,Е₄ sathlar invers ravishda bandlanmagan bo’ladi.

2-rasm. Geliy va neon atomlarining energetik sathlari.
Agar razryad trubkasiga geliy kirgizsak, ahvol butunlay o’zgaradi. Geliy 3-rasmning chap tomonida ko’rsatilgan uzoq yashovchi (metastabil) ikki Е₃', E₂' holatga ega, bu holatlar elektronlar bilan to’qnashish vaqtida uyg’onadi va ularning yashash vaqti katta bo’lgani sababli geliyning metastabil atomlarining razryaddagi konsentratsiyasi katta boladi. Geliyning metastabil holatlarining E₃', E₂' energiyalari neonning E₂, E₃ energiyasiga yaqin, bu hol geliy bilan neon to’qnashganda uygonish energiyasining geliydan neonga uzatilishi uchun qulaydir. Bu jarayonlar gorizontal punktir strelkalar yordamida simvolik ravishda ko’rsatilgan. Natijada Е₃, Е₂ sathlarda joylashgan neon atomlarining konsentratsiyasi keskin ortadi, E2 va E3 sathlar invers ravishda bandlanadi, Е₂ va Е₁ sathlarning bandliklar farqi esa bir necha marta ko’payadi. Demak, neonga geliyning (taxminan 5:1-10:1 munosabatda qo’shilishi Geliy-neon lazerlaridagi generatsiya uchun juda muhim.
Aniq miqdoriy tekshirishlar geley-neon lazeri nurlanishining ( =632,8 nm) fazoviy kogerentlik darajasi (12 birga yaqin ekanligini ko’rsatadi. Masalan, dastaning ko’ndalang kesimidagi intensivligi o’qdagi maksimal intensivliklikning
0,1% iga teng bo’lgan nuqtalar uchun oqimning kogerent bo’lmagan 1- ₁₂ taxminan 10^-3 ga teng bo’lib, o’qdagi nuqtalar uchun taxminan 10^-5 ga teng Hisoblar lazer nurlanishining kogerent bo’lmagan qismining qiymatlari yuqorida ko’rsatilganidek bo’lishiga uning aktiv muhitdagi spontan chiqarish sababchi ekanligini ko’rsatadi. Geliy–neon lazeri yuqori darajada kogerent bo’lgani tufayli turli xil interferensiya va difraksiya hodisalarini teshirishda qo’llanilishi kerak bo’lgan uzluksiz monoxromatik nurlanishning juda yaxshi manbai bo’lib, bunday tekshirishlarni oddiy yorug’lik manbalari bilan o’tkazish uchun maxsus apparaturadan foydalanish zarur bo’lar edi. Geliy-neon lazerlarining turli xildagi variantlari biologik tekshirishlarda, lazerli aloqa sistemalarida, golografiyada, mashinasozlikda, tabiiyot va texnikaning boshqa ko’p sohalarida keng qo’llaniladigan bo’ldi.