Mavzu: Ko`p fotonli jarayonlar

Atomlar konsentratsiyalarining N_m/g_m>N_n/g_n tengsizlikka mos bo‘lgan munosabati m, n energetik sathlarning invers bandligi deyiladi. Energetik sathlari invers bandlikka ega bo‘lgan va o‘zida tarqalayotgan nurlanishni kuchaytiradigan muhit aktiv muhit deb ataladi. Gaz razryadda sathlarning invers bandligini ba’zi ximiyaviy reaksiyalar, optik uyg‘otish va hokazolar yordamida hosil qilish mumkin. Majburiy o‘tishlar natijasida vujudga kelgan elektromagnitik to‘lqinlar bu o‘tishlarga sababchi bo‘lgan to‘lqin bilan kogerent bo‘ladi. Xususan, atomlar bilan o‘zaro ta’sirlashuvi maydon yassi monoxromatik to‘lqin bo‘lsa, u holda majburiy ravishda chiqarilgan fotonlar ham shunday chastota, qutblanish, faza va tarqalish yo‘nalishiga ega bo‘lgan yassi monoxromatik to‘lqinni tashkil qiladi. Majburiy chiqarish (yutish kabi) natijasida faqat tushayotgan to‘lqinning amplitudasi o‘zgaradi.

Yuqorida aytilganlarni majburiy chiqarish nurlanishni uning boshqa xarakteristikalarini o‘zgartirmay kuchaytiradi, majburiy yutish esa susaytiradi degan fikrning boshqacha shaklda aytilgani deb hisoblash mumkin. Lekin optik kvant generatorlari nurlanishning xususiyatlarini tushunish uchun tushayotgan to‘lqin bilan majburiy o‘tishlar natijasida chiqarilayotgan «ikkilamchi» to‘lqinlarning kogerentligi to‘g‘risidagi tasavvurlarga asoslansak manbadan ma’lum bir yo‘nalishda tarqaluvchi quvvatli nurlanish olish uchun zarur bo‘lgan fazoviy sinfazlik shartini majburiy chiqarish jarayonida amalga oshirish mumkinligi ko‘rinadi. Haqiqatdan ham, fazoning har xil nuqtalarida joylashgan atomlar chiqarayotgan to‘lqinlarning boshlang‘ich fazalari mos yo‘l farqini kompensatsiyalaydigan bo‘lsa, bunday to‘lqinlar kuzatish nuqtasida sinfazali ravishda qo‘shiladi.

Yuqorida muhokama qilingan va majburiy o‘tishlar bilan bog‘langan kogerent nur chiqarishdan tashqari, muhit atomlari spontan o‘tishlarda ham qatnashib, natijada bir-biri bilan hamda tashqi maydon bilan kogerent bo‘lmagan to‘lqinlar chiqarilishini yoddan chiqarmaslik kerak. Shunday qilib, aktiv muhitning nurlanishi har doim kogerent va kogerent bo‘lmagan qismlarning aralashmasidan iborat bo‘lib, ular o‘rtasidagi munosabat, xususan, tashqi maydonning intensivligiga bog‘liq bo‘ladi. Oxirgi holni tushuntirish oson, chunki majburiy chiqarish jarayonida qatnashgan atomlar uyg‘onish energiyasidan mahrum bo‘ladi va, demak, spontan ravishda nurlantira olmaydi. Yuqoridagini batafsil analiz qilish majburiy o‘tishlar ta’sirida kogerent bo‘lmagan spontan nurlanishning to‘liq intensivligigina emas, balki uning spektral tarkibi ham o‘zgarishini ko‘rsatadi.

Lazerlaming tuzilishi va uning ishlash tamoyili Atom sistemasi orqali tarqalayotgan monoxromatik nurlanish bu sistemada atomlaming bir energetik holatdan ikkinchi holatga majburiy o‘tishiga olib keladi. Majburiy o‘tishlar natijasida tushayotgan fotonlar yutilishi yoki yangi fotonlarning hosil bo‘lishi kuzatiladi. Natijada atom sistemasi orqali o‘tayotgan monoxromatik nurlanish intensivligining o‘zgarishi ro‘y beradi. Atom sistemasi uchun bandlik tushunchasini kiritaylik. Birlik 22 hajmdagi bir xil energetik holatga ega bo’lmagan atomlar sonini bandlik deb ataladi. Ikki energetik sathi mos ravishda 1 va 2 ga teng atom sistemasining bandliklari N₁ va N₂ bo‘lsin. Bu muhit orqali Z o‘qi bo‘ylab chastotasi 2-7 o‘tish chastotasiga teng bo‘lgan monoxromatik to‘lqin tarqalayotgan bo‘lsin. Majburiy nurlanish natijasida birlik vaqtda birlik hajmdagi 2-7 o‘tishlar soni gateng boiadi (1-majburiy yutish ko‘ndalang kesim yuzasi). Teskari yo‘nalishdagi 1-2 majburiy o‘tishlar soni esa N₂=N₁ bo’ladi.