Mavzu: Lazer nurining qutblanganligi, monoxromatikligi va spektral tarkibi

Mavzu: Lazer nurining qutblanganligi, monoxromatikligi va spektral tarkibi.
Lazer nurlanishning qutblanganligi elektr maydon to`lqinda elektr maydon kuchayganlik vektorining yo`nalganligini xarakterlaydi. Agarda yorug‘lik dastasining har bir nuqtasida elektr maydon kuchayganligining vektor nurlanish tarqalish yo`nalishiga kundalang tekislikda bir to`g‘ri chiziq bo`ylab tebransa, bunday nurlanishni chiziqli yoki yassi qutblangan nurlanish deyiladi. Qutblanish tekisliklari o`zaro kundalang, fazalar farqi o`zgarmas kattalikka ega bo`lgan ikki chiziqli qutblangan nurlanishlarning yig‘indisi elliptik qutblangan nurlanishni beradi. Zarraning yuqori energetik sathdan quyi energetik sathga spontan o`tishda hosil bo`lgan yorug‘lik kvantining qutblanishi har qanday ixtiyoriy yo`nalishda bo`lishi mumkin. Shu spontan yorug‘lik kvanti ta’sirida hosil bo`lgan majburiy yorug‘lik kvantining qutblanishi ham uni majburlovchi spontan yorug‘lik kvantining qutblanishdek bo`ladi. Shuning uchun chiziqli qutblangan yorug‘lik nurlanishni olish uchun lazerning optik rezonator ichiga elektronmagnit tebranishlarning elektr maydon kuchlanganlik vektorini ma’lum berilgan tekislikdagi tebranishlarini o`tkazuvchi optik element, ya’ni qutblantirgich kiritiladi. Ko`pincha amaliyotda qutblangan nurlanishni olish uchun elektromagnit nurlanishni sindirish ko`rsatkichlari turlicha bo`lgan ikki muhit chegarasidan aks etishidagi va o`tishidagi hodisalardan foydalaniladi. Qutblangan yorug‘lik nurlanishini olishning eng ko`p tarqalgan usullaridan biri, ya’ni yorug‘lik to`lqinini (nurlanishini) gazli va qattiq muhit chegarasidan o`tishida qutblantirish usuli 1- rasmda ko`rsatilgan ikki muhit chegarasiga tushayotgan yorug‘lik to`lqining ixtiyoriy ravishda joylashgan elektr maydon kuchlanganlik vektorini ikki o`zaro perpendikulyar ravishda joylashgan tashkil etuvchilarga(1a - rasm): S-tashkil etuvchi (  vektor rasm tekisligida perpendikulyar) va R – tashkil etuvchi ( - vektor rasm tekisligiga yotibdi) larga ajratish mumkin. 1b – rasmda keltirilgan bog‘lanishlardan ko`rinib turibdiki, qutblanish turlicha bo`lgan nurlanishlarning ikki muhit chegarasiga tushishi burchagining o`zgarishiga qarab aks etish koeffitsienti turlicha bo`lishi mumkin ekan. 1-rasmdan ya’na shu narsa ko`rinib turibdiki, agar yorug‘lik nurlanishi ikki muhit chegarasiga Bryuster burchagi ostida  (bu erda - qattiq jismning sindirish ko`rsatkichi) shart bajarilgan holda tushayotgan bo`lsa, qutblanishning R tashkil etuvchisi uchun aks etish koeffitsienti nolga teng bo`ladi. Yorug‘lik nurlanishinig ikki muhit chegarasiga tushish va sinish burchaklari o`zaro / qonun bilan bog‘langanligi uchun tushish burchagi Bryuster burchagiga teng bo`lgan holda aks etgan va singan nurlanishlar orasidagi burchak 900 teng bo`ladi. Buning fizik sababi quyidagicha: aks etgan nurlanishni beruvchi ikkilamchi manba vazifasini bajaruvchi qattiq jismdagi elektr dipollar o`zlarining tebranish yo`nalishlarida elektromagnit to`lqin tarqatmaydilar. Shuning uchun elektr maydon kuchlanganligining tebranishlarining faqat « S» tashkil etuvchilari bo`ladi. Bunda bu shisha plastinkadan o`tayotgan yorug‘lik nurlanishi elektr maydon kuchlanganligi tebranishning R tashkil etuvchisi S tashkil etuvchisiga nisbatan kam susayadi va shuning uchun yorug‘lik nurlanishning optik rezonator kuzgulari orasida ko`plab marta tebranish natijasida Bryuster burchagi ostida qo`yilgan plastinkadan ham ko`plab marta o`tadi. Bu hol lazer nurlanishining elektr maydoni vektorining tebranishlarining R tashkil etuvchisidagi yorug‘lik intensivligining keskin ortishiga va S tashkil etuvchisining intensivligining keskin kamayishiga olib keladi.
Lazer nurlanishinig monoxramatikligi deb, lazerning tor to`lqin uzunliklar yoki chastotalar oralig‘ida nurlanish berish qobiliyatiga aytiladi va u Δν/ kattalik bilan aniqlanadi. Lazerninig nurlanish spektrining eni avvalambor lazer nechta nurlanish chizig‘ida generatsiya berish bilan aniqlanadi. Lazerning nurlanish chizig‘ida generatsiya berish esa optik rezonans ichida joylashgan faol muhitning kuchaytirish konturining eni va optik rezonator ichida joylashgan parametrlari bilan belgilanadi. Shuning uchun faol muhit kuchaytirish konturining ichida optik rezonatorning chastotalari joylashgan bo`lishi mumkin. Chastotalarning soni quyidagi ifoda bilan aniqlanishi mumkin. Bu yerda, q- xususiy chastotalar soni, - optik rezonator uzunligi. Xususiy chastotalar orasidagi masofa esa ifoda orqali aniqlanadi. Demak, faol muhitning kuchaytirish koeffitsienti chegaraviy kuchaytirish koeffitsientidan katta bo`lgan shartlarni bajaruvchi optik rezonatorning barcha xususiy chastotalarda lazer generatsiyasi ro`y beradi. Agar yuqoridagi shart rezonatorning faqat bir chastotasi uchun bajarilsa, lazer yakka chastotali nurlanish beradi(2b- rasm). Agarda > shart optik rezonatorning ko`plab xususiy chastotalar uchun bajarilsa lazer bir vaqtning o`zida ko`plab chastotalarda nurlanish beradi (2a – rasm). Bu holda lazer nurlanish spektrini punktli chiziq bilan belgilagan kontur tashkil etadi. Shuning uchun faol muhiti optik rezanatorning aslligi(generatsiya holatidagi lazerning aslligi) bo`sh optik rezanatorning aslligidan katta bo`ladi va lazer nurlanish spektrning eni  bo`sh optik rezanator spektrining enidan  ko`plab marta kichik bo`ladi. Chegaraviy holda uzluksiz generatsiya holatidagi lazer nurlanishning quvvatiga ham bog‘liq bo`ladi va quyidagi
( =2 ( )h
Bu yerda - lazerning to`la quvvati. Misol tariqasida, lazer nurlanishi spektrining eni chegaraviy holda qancha qiymatni olishni hisoblab ko`rish mumkin.     0,5 =100 sm
=100 vt , Gs da ( = Gs
Albatta real sharoitda bunday qiymatli spektral kenglikka erishib bo`lmaydi. Sababi faol muhitning bir jinsli ekanligi, mexanik va akustik ta’sirlar natijasida faol muhitning o`z navbatida optik rezanatorning parametrlari o`zgarishi hamda optik elementlarning kamchilliklarining ta’siri bo`ladi. Shunday qilib, yakka chastotali (yuqori monaxramatik bo`lgan) nurlanish olish uchun  kattalik va optik rezanator uzunligi kichik qiymatga ega bo`lishi kerak. Yakka chastotali generatsiya holatida muhit kuchaytirish konturining eniga nisbatan ko`plab marta kichik va bu kattalik optik rezanator parametrlari bilan belgilanadi. Optik rezanatorning asosiy parametrlaridan biri bu uning aslligi, ya’ni
=2π
Bu yerda, -optik rezanator ichida yig‘ilgan energiyaning dissipatsiya vaqti optik rezanator ichida nurlanishning bir ko`zgudan ikkinchi ko`zguga o`tishdagi (yakka bir tebranishdagi) energiyaning nisbiy yo`qotilishi (  ) ni tashkil etadi, bir marta tebranish uchun ketgan vaqt 2 /c ga teng. Shuning uchun energiyaning dissipatsiya vaqti
=2 /c(  )
ifoda bilan aniqlanishi mumkin. Bu yerda  - optik rezanator chiqish ko`zgusining nurlanishini qaytish koeffitsienti,   optik rezanator ichidagi energiya yo`qotishlarni belgilovchi koeffitsient. Ushbu aytilganlardan kelib chiqqan holda bo`sh optik rezanator konturining enini
Δ <<
ifoda orqali baholanib aniqlansa bo`ladi. Maxsus chora tadbirlar ko`rish natijasida, ya’ni haroratni stabillizatsiya qilish, mexanik va akustik to`lqinlar ta’sirida lazerni ixota qilish elektr ta’minot manbaining parametrlarini stabilizatsiyalash natijasida qisqa vaqt ichida lazer nurlanish enining kengligini -1 kGs atrofida olish mumkin. Buning natijasida lazer nurlanishining monaxramatik darajasi oralig‘ida bo`lishi mumkin. Lazer nurlanishning monoxramatikligi, lazerli kimyoda, izatroplarni ajratishda, meditsinada, biologiyada va boshqa hollarda, ya’ni moddalarga selektiv ta’sir qilishda muhim ahamiyat kasb etadi.