He-ne lazerlar ishlash prinsipi

3.Yorug‘likning majburiy kombinatsion sochilishi

Yorug‘likning kombinatsion sochilishi 1962 yilda Vudbyorilar tomonidan kashf etilgan. Sochilgan yorug‘lik spektrida tushayotgan yorug‘likdan chastota bo‘yicha molekulalar ichidagi tebranishlarning chastotalariga teng kattaliklarga farq qiluvchi chiziqlar mavjudligi haqida gapirilgan edi. Kogerent bo‘lmagan nurlanish manbalariga xos bo‘lgan qiyosan kichik yoritilganliklar uchun kombinatsion sochilishning intensivligi juda kam: hattoki juda kuchli chiziqlar (benzol uchun va nitrobenzol uchun 1345 sm^-1) uchun 1 sm³ ga sochilgan yorug‘lik oqimi uyg‘otuvchi oqimning qismini tashkil qiladi. Yoritilganlik 10⁸-10⁹ Vt/sm² ga teng bo‘lganda (bunga quvvatli impuls, lazerlari yordamida erishish mumkin), sochilgan oqimning hissasi keskin o‘sadi va bir necha o‘n protsentga yetadi. Intensivlikning bunday ortishi kombinatsion sochilishning barcha chiziqlariga emas, balki intensivligi eng katta bo‘lgan chiziqlarigagina taalluqli bo‘ladi. Chastotalari ga teng birinchi tartibli chiziqlardan tashqari, yuqoriroq tartibli chiziqlar ( chastotalar) ham paydo bo‘ladi. Nihoyat, sochilish yaqqol ko‘rinadigan yo‘naltirilgan xarakterga ega bo‘ladi.
Tajribaning chizmasi 20.5-rasmda ko‘rsatilgan. Lazer nurlanishining dastasi K sochuvchi modda orqali o‘tadi va С svetofiltr yordamida filtrlanadi, natijada ЕЕ ekranda faqat chastotasi o‘zgargan sochilgan yorug‘lik kuzatiladi. Ekran yoritilganligining taqsimoti 20.5-rasmning o‘ng tomonida sxematik ravishda ko‘rsatilgan.

20.5-rasm. Majburiy kombinatsion sochilishni kuzatish tajribasining chizmasi.
Uyg‘otuvchi dastaning yo‘nalishiga mos bo‘lgan o‘qdagi nuqta yaqinida Stoks nurlanishi ( ) to‘plangan. Antistoks komponentalar ( ) konsentrik halqalar tarzida joylashgan bo‘lib, bu halqalarniig radiuslari chastota siljishining o‘sishi bilan ortadi. Antistoks komponentalar uygotuvchi dastaning yo‘nalishi bo‘yichagina kuzatilib, Stoks komponentalari esa qarama-qarshi yo‘nalishda ham. tarqalishi mumkin.
Uyg‘otishning yuqori darajalaridagi kombinatsion sochilishning aytib o‘tilgan xususiyatlari suyuqliklarda ham, kristallarda ham bo‘ladi. Gazlarda farq burchak taqsimotida bo‘ladi - antistoks sochilishi amalda lazer dastasining yo‘nalishida bo‘ladi, ya’ni halqalar kuzatilmaydi. Uyg‘otishning yuqori darajalaridagi kombinatsion sochilish bilan birga o‘z-o‘zini fokuslash, Mandelshtam— Brillyuen majburiy sochilishi, yorug‘lik impulslari spektrining buzilishi va boshqalar kabi chiziqli bo‘lmagan hodisalar ham kuzatiladi. Shuning uchun kuzatish natijalari tajriba o‘tkaziladigan sharoitlarga (uyg‘otuvchi impulsning davom etish vaqtiga, bu impulsning fokuslanish darajasi va o‘rniga, dastaning ko‘ndalang kesimidagi yoritilganlikning taqsimotiga va shunga o‘xshashlarga) ko‘p bog‘liq, bo‘ladi va yuqorida tasvirlangan manzara hodisaning asosiy xossalarinigina o‘z ichiga oladi.
Tajribadan topilgan va sochilgan yorug‘lik hissasining kattalikning bir necha tartibiga kupayishidan iborat asosiy faktni tushuntirish uchun nurlanishning kvant nazariyasidagi umumiy qoidani, ya’ni istagan radiatsion jarayonning stimullashtirilgan analogi mavjud ekanligi to‘g‘risidagi umumiy qoidani e’tiborga olish kerak. Uyg‘otish intensivligi kam bo‘lganda yuz beradigan kombinatsion sochilish uyg‘otuvchi yorug‘likning h fotoni yo‘qolganda fotonning spontan chiqarilishidan iborat. Spontanli kombinatsion sochilishning hajm birligiga nisbatan olingan va hamma yo‘nalishlar bo‘yicha jamlangan oqimi moddaning uyg‘otuvchi nurlanish tomonidan vujudga keltiriladigan I yoritilganligiga proporsional bo‘ladi:
(7)
bu yerda С — moddaning sochuvchi qobiliyatini xarakterlovchi va o‘lchamligi sm^-1 bo‘lgan proporsionallik koeffitsiyenti, chunki [ ]=Vt/sm³, [I]=Vt/sm². Eksperimental ma’lumotlarga muvofiq, kombinatsion sochilishning eng intensiv chiziqlari uchun .
Spontanli kombinatsion sochilishning majburiy kombinatsion sochilish (yoki qisqacha MKS) deb ataladigan stimullashtirilgan analogi ham fotonning yo‘qolib, fotonning chiqarilishidan iborat bo‘ladi, lekin bu jarayonning ehtimolligi uyg‘otuvchi nurlanish oqimining I zichligiga ham, sochilgan nurlanish oqimining I_s zichligiga ham proporsional bo‘ladi. Bu jarayon tufayli chastotasi bo‘lgan sochilgan nurlanish sochuvchi muhitda eksponensial qonunga muvofiq kuchayib, bu kuchayish yorug‘likning sathlari invers bandlikli muhitda A.Eynshteyn topgan majburiy chiqarish natijasida kuchayishiga o‘xshash bo‘ladi. Oxirgi holdagi kabi MKS ni sochilgan yorug‘likning uzunlik birligida kuchayish koeffitsiyenti bilan xarakterlash qulay bo‘ladi. Majburiy chiqarish holidagidek mulohaza yuritib, kuchaytirish koeffitsiyentini yorug‘likning spontanli kombinatsion sochilishining spektral zichligi orqali ifodalash mumkin. Soddagina hisob б_s ning kuyidagicha ifodalanishini kursatadi
(8)
bu yerda va G kombinatsion sochilish chizig‘ining to‘lqin uzunligi va spektral kengligi. Yoqutli lazer nurlanishi benzolda  = 694 нм, _S = 750 nm, Г=0,2510¹² с^-1, С=10^-6 sm^-1, I=10⁹ Bt/sm² sochilgan holda kuchaytirish koeffitsiyentining qiymatini baholash natijasida _S=20 sm^-1 ekanini topamiz. Bu esa ko‘rsatilgan sharoitlarda kombinatsion sochilish d=1sm uzunlikda exp( )=ехр(20)=10^8,6 marta kuchayishini, ya’ni intensivlik bo‘yicha uyg‘otuvchi nurlanish bilan tenglashishi mumkinligini bildiradi.
Shunday qilib, fotonlarning majburiy chiqarilishi natijasida sochilgan nurlanishning intensivligi kattalikning ko‘p tartibiga qadar ortishi mumkin bo‘lib, bu esa sochilgan yorug‘lik intensivligining anomal katta bo‘lishini izohlab beradi.
Uyg‘otuvchi nurlanish intensivligining kuchaytirishni yaqqol kuzatish uchun zarur bo‘lgan qiymatlariga quvvatli kvant generatorlari yordamida erishish mumkin. Shuning uchun MKS tajribada faqat 1962 yilda (Vudbyori, Ng) modullangan asllilikka ega bo‘lgan lazerlar yaratilgandan so‘ng kuzatilgan edi, vaholanki sochilgan nurlanishning kuchayishi mumkinligi nazariy ravishda 30-yillardayoq aniqlangan edi. Lekin uyg‘otuvchi nurlanish intensivliklarining talab qilinadigan qiymatlari real emas bo‘lib ko‘ringani uchun bu hodisaga jiddiy e’tibor berilmagan edi.
Sochilgan yorug‘likning kuchaytirilishi haqida aytilganlarning hammasi Stoks komponentasiga taalluqli edi. Antistoks sochilish Stoks sochilishiga teskari jarayon bo‘lgani uchun intensivlik kuchayadi emas, balki susayadi. Quvvatli antistoks nurlanishining paydo bo‘lish sababi boshqacha bo‘ladi va uni aniqlash uchun kombinatsion sochilish tabiati haqidagi bayon qilingan klassik tasavvurlarga asoslanish maqsadga muvofiq. Klassik tasavvurlarga muvofiq, kombinatsion sochilish molekulalar kutblanuvchanligining ular yadrolari tebranish natijasida modullanishi oqibatida vujudga keladi. Soddalik uchun ikki atomli molekulani ko‘rib chiqamiz va yadrolar o‘rtasidagi masofaning o‘zining muvozanat qiymatiga nisbatan o‘zgarishini bilan belgilaymiz. Molekulaning yorug‘lik to‘lqini maydoni tomonidan induksiyalangan dipol momenti quyidagi ko‘rinishda yoziladi:
(9)
бу yerda - molekulaning yadrolar muvozanat holatda bo‘lgandagi ( ) qutblanuvchanligi bo‘lib, had yadrolar siljishining elektron qobiqning holatiga, uning qutblanishga bo‘lgan qobiliyatiga ko‘rsatadigan ta’sirini bildiradi. Agar Е - chastotasi ga teng bo‘lgan monoxromatik to‘lqin maydoni bo‘lsa, yadrolarning garmonik qonun ( ) bo‘yicha tebranishi oqibatida dipol momentining chastotalar bilan tebranuvchi tashkil etuvchilari paydo bo‘ladi, bular esa chastotali nurlanishni, ya’ni yorug‘likning kombinatsion sochilishini vujudga keltiradi. Bu jarayon nochiziqli bo‘lib, o‘z-o‘zini fokuslash xususiyatiga ega bo‘lgani uchun amaliyotda lazer nurlarini intensivligini oshirishda foydalanish mumkin.

XULOSA
Men bu kurs ishini tayyorlash mobaynida quyidagilarni o’rgandim va bilib oldim Lazer texnologiyasi jarayonlarini shartli ravishda ikki turga bo‘lish. Ularni birinchisida lazer nurini o‘ta aniq fokuslash va impulsli rejimda ham, uzluksiz rejimda ham energiyani aniq dozalash imkoniyatidan foydalaniladi. Bunday texnologik jarayonlarda o‘rtacha quvvati uncha yuqori bo‘lmagan lazerlar: impuls-davriy ishlaydigan gaz lazerlari, neodim kirishmali itiriy-alyuminiy granat kristallaridagi lazerlar qo‘llaniladi. Keyingi lazerlar yordamida soatsozlik sanoati uchun yoqut va olmos toshlarda mayda (diametri 1-10 mkm va chuqurligi 10-100 mkm gacha) teshiklar parmalash texnologiyasi va ingichka sim tortish uchun filerlar texnologiyasi ishlab chiqilgan. Kichik quvvatli impuls lazerlar qo‘llanadigan asosiy soha mikroelektronika va elektrovakuum sanoatida mitti detallarni kesish va payvandlash, mitti detallarga markalar tushirish bilan bog‘liq; poligrafiya sanoati ehtiyojlari uchun raqamlar, harflar, tasvirlar avtomatik tarzda kuydirib tayyorlanadi.
Keyingi yillarda mikroelektronikaning eng muhim sohalaridan biri-fotolitografiyada oddiy yorug‘lik manbai o‘rniga lazerlardan foydalanilmoqda. Ma’lumki, fotolitografiya usulini qo‘llamay turib, o‘ta mitti bosma platalar, integral sxemalar va mikroelektron texnikaning boshqa elementlarini tayyorlab bo‘lmaydi.
Submikron litografiyadagi keyingi taraqqiyot ekspozitsiyalovchi yorug‘lik manbai sifatida lazer nuri vujudga keltiradigan plazmadan tarqaladigan yumshoq rentgen nurlanishidan foydalanish bilan bog‘liq. Bu holda rentgen nurlanishining to‘lqin uzunligi =(0,01-0,001mkm) bilan belgilanadigan ajratish chegarasi juda ulkan bo‘ladi.
Lazer tenologiyasining ikkinchi turi o‘rtacha quvvati katta: 1 kVt gacha va undan yuqori bo‘lgan lazerlardan foydalanishga asoslangan. Yuqori quvvatli lazerlardan kuchli texnologik jarayonlar: qalin po‘lat listlarni qirqish va payvandlash, sirtqi toblash, yirik gabaritli detallarga metallni eritib yopishtirish va legirlash (metallarni maxsus material, xrom, nikel va boshqalar bilan qoplash), binolar sirtini tozalash, marmar, granitni kesish, gazlama, teri va boshqa materiallarni bichishda foydalaniladi. Metallarni lazer bilan payvandlashda chok juda sifatli chiqadi, elektron-nurli payvandda ishlatiladigan vakuum kameralarga ehtiyoj qolmaydi, bu esa konveyerli ishlab chiqarishda juda muhimdir.
Qudratli lazer texnologiyasi mashinasozlikda, avtomobil sanoatida, qurilish materiallari sanoatda qo‘llaniladi. U materiallarga ishlov berish sifatini oshiribgina qolmay, ishlab chiqarish jarayonlarining texnik-iqtisodiy ko‘rsatkichlarini ham yaxshilaydi. Masalan, 14 mkm qalinlikdagi po‘lat listlarni lazer bilan payvandlash tezligi 100 m/soat ga yetadi; bunda 10 kVt/soat elektr energiya sarflanadi.
Bundan ham quvvatliroq lazer texnikasi rivojlanishi bilan lazer nurlanish energiyasi an’anaviy energiya turlari (elektr tok energiyasi, mexanik energiya, ximiya jarayonlar energiyasi) bilan bir qatorda xalq xo‘jaligida borgan sari keng qo‘llanilmoqda.
S.I.Vavilov «mikrostruktura sveta» kitobida o‘zing 20-yillarda o‘tkazgan kuzatishlarini va undan keyingi tajribalarini umumlashtirib quyidagi fikrlarni bildirgan edi.
«Yutayotgan muhitdagi nochiziqlik faqat absorbsiyaga nisbatan kuzatilishi shart emas. Absorbsiya dispersiya bilan bog‘langan, demak yorug‘likning muhitda tarqalish tezligi umuman olganda yorug‘lik quvvatiga bog‘liq bo‘lishi kerak. Shu sababli muhitning boshqa optik xususiyatlarida ikkiga ajralib sinishda – dixroizmda, aylantirish qobiliyatida va hokazolarda umumiy holda yorug‘lik quvvatiga bog‘liq ko‘rinishi, ya’ni superpozitsiya prinsipi buzilishi kerak». Chiziqli bo‘lmagan optikaning lazer nurlanishining tarqalishini eksperimental tekshirish bilan bog‘langan keyingi rivojlanishi oqibatida Vavilovning bo‘lishi mumkin bo‘lgan chiziqli emas hodisalarning xilma-xil ekanligi haqidagi fikri tasdiqlanibgina qolmay, balki u aytib o‘tgan hamma konkret effektlar kuzatildi. Shuning uchun Vavilov haqli ravishda chiziqli bo‘lmagan optikaning asoschisi hisoblanadi.
Vavilov chiziqli bo‘lmagan hodisalarning sababini yorug‘likni yuta oladigan molekula yoki atomlar sonining o‘zgarishida, ya’ni atom, molekulalarning uyg‘ongan holatga o‘tishi va bu holatda bo‘lish vaqtining o‘zgarishida ko‘rgan. Chiziqli bo‘lmagan hodisalar yuqorida ko‘rsatilgan sabablardan tashqari yana qator sabablar tufayli ham yuz beradi. Shunga mos ravishda lazer nurlanishining tarqalishini o‘rganganda topilgan chiziqli bo‘lmagan hodisalar to‘plami yanada turli-tuman bo‘lib chiqdi.