Kvant elektronikasının əsasları

2.4. Qaz lazerləri

Qaz lazerlərində fəal mühit qaz və ya qazlarin qarışığıdır. İlk qaz lazerini ABŞ-da 1961-ci ildə Ə.Cavan, V.Bennet və D.Erriot yaratmışlar. Həmin lazerin əsas hissəsi neon (Ne) və helium (He) qazları doldurulmuş qaz boşalması borusundan ibarət olmuşdur. Neon və heliumun parsial təzyiqləri uyğun olaraq 0,1 və 1 mm civə sütunu tərtibində olmuşdur. İşçi maddə doldurulmuş boru müstəvi paralel güzgülər arasında yerləşdirilmişdir ki, bu sistem müsbət əks rabitəni təmin etmişdir. Qaz qarışığını həyəcanlaşdırmaq üçün generator vasitəsilə boruda qaz boşalması yaradılmışdır. Lazerin generasiya şərtləri ödənildikdə rezonatordan borunun oxu boyunca yönəlmiş koherent, monoxromatik işıq şüası çıxacaqdır. Koherent işığın generasiyası isə məcburi şüalanmanın nəticəsində baş verir və bütün lazerlərdə eyni şəkildə qoyulan tələblərə uyğun olmalıdır. He - Ne lazerində zərrəciklərin inversiyası halı neon qazında yaranır. İnversiya halının yaratmağın effektivliyini və şüalanmanın intensivliyini artırmaq üçün helium qazı əlavə olunur. Ümumiyyətlə, müxtəlif qaz lazerlərində işçi maddə və inversiya almaq üsulları müxtəlif ola bilər.

Qeyd etmək lazımdır ki, qazın enerji spektri bərk cismin enerji spektrindən kəskin şəkildə fərqlənir. Qaz atomlarının enerji səviyyələri çoxdur və ona görə də müxtəlif qazlarda çoxlu sayda kvant keçidlərinin baş verməsi mümkündür. Qazlar yüksək dərəcəde optik bircinsdir. Qazların sıxlığı kiçik olduğuna görə həmin mühitlərdə işığın səpilməsini nəzərə almamaq mümkündür. Digər tərəfdən qazın seyrək olması lazerin şüalanma gücünün kiçik olmasına səbəb olur.

Fəal mühitin növündən asılı olaraq qaz lazerləri üç qrupa ayrılır: atom, ion və molekulyar lazerlər.

Qazlarda zərrəciklərin inversiyasını almaq üçün elektrik boşalması, kimyəvi reaksiyalar və optik həyəcanlandırma üsullarından istifadə olunur. Qazlardan elektrik cərəyanı keçərkən sərbəst sürətli elektronların atomlarla və ya molekullarla toqquşmaları nəticəsində həyəcanlanma prosesi baş verir. Lazerlərdə işlədilən borularda qazın təzyiqi 10-1000 Pa tərtibində olur. Bundan kiçik təzyiqlərdə toqquşmaların sayı azalır və həyəcanlanma prosesinin intensivliyi də kiçik olur. Təzyiqin artması nəticəsində toq quşmaların sayı artdığına görə elektronlar sürətlənə bilmir və toqquşmaların effektivliyi azalır, həyəcanlanma prosesi zəifləyir. Sərbəst elektronların atomlarla qeyri-elastiki toq quşmaları nəticəsində aşağıdakı I növ proseslər baş verir:

1.

2.

3.

Burada birinci proses düz elektron həyəcanlandırma, ikincisi-mərhələli elektron həyəcanlandırma və üçüncüsü -elektron zərbəsi ilə ionlaşdırmaya uyğundur. İki komponentli qaz qanşığını həyəcanlaşdırmaq üçün II növ qeyri-elastiki toqquşmalardan istifadə olunur: 1.

2.

Birinci proses nəticəsində həyəcanlanmış atomla elektronun toqquşması nəticəsində atom aşağı səviyyəyə keçir. İkincisi isə bir atomun enerji səviyyəsi digər atomun enerji səviyyəsi ilə eyni olanda (Fermi rezonans) baş verir. Bu halda qaz atomları arasında effektiv enerji mübadiləsi olur. Bu prosesdən He-Ne və C0₂ lazerlərində istifadə olur.