Invers bandlike va uni hosil qilish usullari

Invers bandlik va uni hosil qilish usullari.

Olimov.M

Faraz qilaylik. 𝑉 hajmli muhitda 𝑁 ta atom bor bo‘lsin. Umuman olganda tabiiy sharoitda jism va atrof muhit o‘rtasida muvozanat bo‘lsa, (bunday holat issiqlik muvozanati deyiladi) pastki energetik holatlarni egallagan atomlar soni yuqori energetik holatlardagi atomlar sonidan ancha katta bo‘ladi. Termodinamik muvozanat holatida atomlar energetik holatlar bo‘yicha Bolsman taqsimotiga binoan taqsimlangan bo‘ladi:

Faraz qilaylik. 𝑉 hajmli muhitda 𝑁 ta atom bor bo‘lsin. Umuman olganda tabiiy sharoitda jism va atrof muhit o‘rtasida muvozanat bo‘lsa, (bunday holat issiqlik muvozanati deyiladi) pastki energetik holatlarni egallagan atomlar soni yuqori energetik holatlardagi atomlar sonidan ancha katta bo‘ladi. Termodinamik muvozanat holatida atomlar energetik holatlar bo‘yicha Bolsman taqsimotiga binoan taqsimlangan bo‘ladi:

Demak n E energetik holatdagi atomlar soni - Nn absolyut temperatura T va atom ega bo‘lgan energiya n E ga bog‘liq ekan. Ayni shu holat Em energetik holatdagi atomlar soni - Nm uchun ham o‘rinli. (1) taqsimotdan quyidagi xulosa kelib chiqadi: termodinamik muvozanat holatida quyi energetik holatdagi atomlar soni (bu sonni biz “bandlik” deb ataymiz) yuqori energetik holatdagi atomlar sonidan katta bo‘ladi. Shuning uchun odatda bunday jismlar ulardan o‘tayotgan elektromagnit to‘lqinning energiyasini yutadi va o‘tayotgan yorug‘lik intensivligi kamayadi.

=c
=c

>bo‘lgani uchun quyidagi muhitda quyidagi uch vaziyat kuzatilishi mumkin.

• Agar > bo‘lsa, 𝑇 > 0 bo‘ladi. Bu termodinamik muvozanat holatida har doim kuzatiladi (1.2 a-rasm).
• Agar < bo‘lib qolsa, bu holat yuzaga kelishi uchun 𝑇 < 0 bo‘lishi kerak, boshqacha aytganda absolyut temperatura manfiy bo‘lishi kerak (1.2.d, ye – rasm).
• Agar = bo‘lsa, bu holat 𝑇 temperatura cheksiz qiymatga intilganda T→∞ sodir bo‘ladi (1.2.s - rasm).

> shart, ya’ni yuqori energetik sathdagi atomlar soni quyi energetik sathga nisbatan katta bo‘lishi inversiya deb ataladi va inversiya holati paydo bo‘lgan muhit aktiv muhit deb ataladi.

 

Invers bandlike hosil qilish.

Lazer aktiv muhitida sathlarning invers bandligi hosil bo‘lishiga olib keluvchi uyg‘otish jarayoni damlash deyiladi. Uni amalga oshiruvchi tashqi energiya damlash energiyasi deyiladi. Har bir energetik sathdagi zarralar soni (bandlik) o‘zgarishi bir vaqtda damlash va relaksatsiya mexanizmlari harakati bilan aniqlanadi. Agar damlash ehtimolligi uchun va relaksatsiya ehtimolligi uchun tushunchalari kiritilsa, u holda sathlarning bandligini tahlil qilish uchun kinetik tenglamaning umumiy ko‘rinishi (1.1 rasmga ko‘ra) quyidagicha bo‘ladi:

 

Uch sathli Sistema

Invers bandlik uchun hosil qiluvchi tizimda uchta energetik sath (> > ) ishtirok etayotgan bo‘lsin. Optik damlash orqali faol zarrachalarni 1 asosiy sathdan faqat 3 sathga o‘tishi ta’minlanayotgan bo‘lsin va bu holda qolgan sathlarga o‘tish e’tiborga olinmaydi. U holda 1→3 o‘tish majburiy yutilish, 3→2 o‘tish relaksatsiya (nurlanishsiz o‘tish) va 2→1 o‘tish majburiy nurlanish hodisalariga mos keladi (1.5a-rasm).

Yuqori 3 - energetik sathda bo‘layotgan fizik jarayonlar 1.5b-rasmda ko‘rsatilgan. Ushbu sistema uchun yuqoridagi cheklanishlarni hisobga olgan holda quyidagi hodisalarni kuzatish mumkin:

 

• spontan nurlanishi hisobiga 3→1 sathga o‘tish va sathdagi faol zarralarning kamayishi;
• majburiy nurlanish hisobiga 3→1 sathga o‘tish va sathdagi faol zarralarning kamayishi;
• nurlanishsiz o‘tish hisobiga 3→2 sathga o‘tish va invers bandlik hosil bo‘lishi;
• majburiy nurlanish natijasida 2→1 sathga o‘tish va induksiyalangan nur hosil qilish.

Statsionar holat uchun kinetik tenglamalar quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:

• =−=0
• =− =0
• =− + =0
• = + +

bu yerda: S- nurlanishli va nurlanishsiz o‘tishlardagi relaksatsiya chastotasi, 1 , - damlash energiyasi zichligi.

 

N=

==N

= N

=N− − =

Damlash energiyasi zichligining katta qiymatlarida ( →∞ ) asosiy va uyg‘ongan sathlar bandligi tenglashadi va quyidagi qiymatga intiladi:

= =

=

 

To’rt sathli sistema.

• To’rt sathli sistema.

Xulosa

Nisbiy bandlikning damlash energiyasi zichligiga bog‘liqligi 1.8 - rasmda keltirilgan. Ko‘rinadiki, inversiya olish uchun bo‘sag‘aviy damlash energiyasi aktiv muhitdagi yo‘qotishlarni hisobga olganda ham juda kichik va inversiya damlash energiyasiga bog‘liq emas deb hisoblasa bo‘ladi. Natijada damlash boshlagandan invers bandlik hosil qilish orqali nurlanishni effektiv kuchaytirish mumkin. Ushbu holat to‘rt sathli sistemaning uchun uch sathli sistemadan afzalligni ko‘rsatadi.

THE END