Kvant elektronikasının əsasları

§ 2.2. Yaqut lazeri

İlk lazerin fəal mühiti süni yaqut kristalından ibarət olmuşdur. Bu lazer 1960-cı ildə (ABŞ-da) Meyman tərəfındən yaradılmışdır. Yaqut kristalik mineraldır, onun rəngi çəhrayıdan tünd qırmızıyadək dəyişir. Yaqutun quruluşu A1₂0₃ kristal qəfəsinə daxil olan üçvalentli xrom (Cr³⁺) ionlarıdan ibarətdir. Xrom atomlarının konsentrasiyası 0,05 - 0,5 faizə qədər dəyişir. Xromun miqdarı yaqut kristalının rəngini teyin edir. Yaqut lazerində işçi zərrəciklər xrom ionlarıdır. Şəkil 1-də e nerji səviyyələri göstərilmiş-dir. Burada E₂, E₃ xrom ionlarının heyəcanlanmış enerji hallarına uyğundur. E₁ və E₃ uyğun olaraq yaşıl və bənövşəyi diapazonda udulma zolaqları, E₂ isə metastabil enerji səviyyəsidir. E₂→ E₁, keçidi seçmə qaydasıa görə qadağandır. E₂ və E₃ səviyyələrində zərrəciklərin yaşama müddəti olduğca kiçikdir. E₃ → E₂ və Е₃→ E₂ keçidləri qeyri-optikdir və uyğun enerji kristalın daxili enerjisinə çevrilir. Yaqut lazerində həyəcanlanma prosesi yalnız E₁ → E₃ udulma zolağında baş verir. Ona gorə bu halda zərrəciklərin inversiya halının yaranmasi üçsəviyyəli sistem üzrə gedir. E₂ enerji səviyyəsi metastabil olduğuna görə inversiya halı E₂ → E₁ keçidində yaranır

(λ = 0,6943 mkm).

Adi hallarda yaqut kristalında həyəcanlanmış atomlar spontan şüalanma yolu ilə əsas enerji halına qayıdırlar. Şəkil 2-də. Yaqutun spontan və məcburi şüalanmalarının sxematik müqayisəsi göstərilmişdir.

Məcburi şüalanma olduqda isə vəziyyət tamamilə dəyişir. Əvvəlcə yaqut kristalını istiqamətlənmiş monoxromatik yaşıl şüalanma ilə işıqlandıraq. Kristalın uzunluğu bir neçə santimetr olarsa, onda həmin işıq seli kristalda tamamilə udulacaq və lüminessensiya baş verəcəkdir. Bu proses spontan şüalanma olduğuna görə həmin şüalanma qeyri-monoxromatik və müəyyən istiqaməti olmayan işıqlanmadır. İkinci halda həmin yaqut kristalını rezonatorun daxilində yerləşdirək. Kristalı geniş spektral intervalda şüalanma verən güclü impuls lampası vasitəsilə həyəcanlan dıraq . Əgər E₂→E₁ keçidində atomların inversiya halı alınırsa və lazerin generasiyası şərti ödənilərsə onda istiqamətlənmiş, monoxromatik, koherent və yüksək spektral sıxlığı olan şüalanma yaranacaqdır.

Praktikada işlədilən yaqut kristallarının uzunluğu 5-20 sm, diametri isə 5-15 mm qədər olur. Bu kristalları həyəcanlandırmaq üçün impuls lampalarından istifadə olunur. Lampa 10^-3 +10^-4 san müddətində işıqlanma verir. Həmin müddətdə yaqut kristalında əvvəlcə lüminessensiya sonra isə lazer şüalanması baş verir.

Yaqut lazerinin iki iş rejimi mümkündür: sərbəst generasiya və keyfiyyətliliyin (Q - faktor) modulyasiyası rejimi. Lazerdə inversiya və enerji şərtləri ödəniləndə başlanan iş rejimi sərbəst generasiya rejimi adlanır. Sərbəst generasiya rejimində yaqut lazerinin şüalanmasının zamandan asılılığı relaksasiya rəqsləri şəklində baş verir.

Keyfiyyətliliyin modulyasiyası rejimində yaqut lazerinin şüalanması gücü olduqca böyük olan bir impulsdan ibarət olur. Belə iş rejimi həmçinin nəhəng impuls rejimi adlanır. Nəhəng impuls almaq üçün maksimal inversiya alınana qədər sistemdə əks rabitə olmur. Sonra lazım olan anda əks rabitə yaradılır və generasiya prosesində monoimpuls yaranır. Monoimpulsun davam etmə müddəti ~1 nsan-dir.