Mühazirə Məşğələ Laboratoriya 6 7

Mövzu 26
6.1. LAZERLƏRİN İŞLƏMƏ PRİNSİPLƏRİ

Kvant fizikasının, optoelektronikanın, radiotexnikanın və telekommunikasiyanın inkişafı müasir elm və texnikanın bütun naliyyətlərinin məhsuludur. Bu sahələr üzrə əsaslı tədqiqat işləri aparılmış və alınan nəticələr praktikada tətbiq edilmişdir.

Optik sistemlərin və optik rabitə kabellərinin (ORK) inkişafında vacib amillərdən biri optik kvant generatorunun (OKG) və ya lazerin meydana gəlməsi oldu. Lazer yarandığı vaxtdan demək olar ki, butün sahələrdə geniş tətbiq olunur. Beləki, hal-hazırda maşınqayırmanın, metalların qaynaq olunan sahələrinin, səhiyədə cərrahiyənin, atom energetikasının, lokasiya sistemlərinin, kosmosda peyklərarası əlaqənin, avtomatik idarəetmə sistemlərinin, kompleks şəkildə aparılan ölçmələrin, elektron-hesablama texnikasının, telekommunika-siya sistemlərinin və s. kimi bir sıra başqa sahələrin inkişafını lazersiz təsəvvür etmək qeyri-mümkündür.
Optik işıqötürücü liflər vasitəsi ilə rabitənin təşkilində lazerin xüsusi əhəmiyyəti vardır. Lazer dedikdə, məcburi şüalanan enerjinin köməyi ilə işığın gücləndirilməsi prosesi başa düşülür. Lazer cihazları və ya sistemləri optik dalğa diapazonunda (ODD) işləyir. Lazer sistemlərinin işləməsi üçün infraqırmızı (İQŞ), görünən və ultura bənövşəyi (UBŞ) spektrə malik ODD-nundan (ƒ=10¹².....10¹⁵ Hs) istifadə olunur
Lazerin işləmə prinsipi cisimi EMS-nin təsiri altına gətirdikdə onun atomlarının şüalanmasına əsaslanır. Kvant mexanikasından məlumdur ki, elektronların nüvə ətrafındakı hərəkəti onların enerjisinin tutduğu vəziyyətlə xarakterizə olunur. Başqa sözlə, bu vəziyyət elektronların enerji səviyyəsi adlanır. Xarici EMS-nin təsiri altında elektronlar bir orbitdən digərinə keçən zaman enerji səviyyəsini dəyişir və enerjinin şüalanma prosesi baş verir.
Elektronu yuxarı səviyəyyə keçirmək üçün atomu həyəcanlandırmaq lazımdır. Bu məqsədlə ona əlavə enerji verilir. Əlavə enerjinin yaratdığı sahənin təsiri nəticəsində atomlar hərəkətə gəlir. ES-nin təsiri nəticəsində işığın şüalanması şəkil 6.1-də göstərilmişdir.
Ə lavə verilən elektrik enerjisinin hesabına elektronlar köməkçi səviyəyyə (3) keçirilir. Sonra onların ixtiyari olaraq yuxarıdakı enerji səviyəsnə (2) toplanması hadisəsi baş verir. Elektronlar əsas vəziyətə, yəni aşağıdakı enerji səviyəsinə (1) qayıdan zaman işıq kvantları (fotonları) şüalandırır.
Hal-hazırda lazerlərin müxtəlif növləri mövcuddur. Bunlara misal olaraq bərk cisim; qaz; yarımkeçirici (YK); kimyəvi; qazodinamik və digər lazerləri göstərmək olar. Bərk cisim lazerindən biri yaqut lazeridir ki, buda impuls rejimində işləyir. O, özündən qısa müddətli (təqribən 0,1 san.) çox güclü koherent qırmızı işıq impulsları buraxır. Qaz, qazodnamik və YK lazerlər fasiləsiz rejimdə işləyir.
YK lazerlər özündən güclü işıq kvantları və ya fotonlar buraxan, aktiv materialdan hazırlanmış tipli YK diod kimi işləyir. Belə material kimi qalium arsenid (GaAs) qarışığından istifadə edilir. YK diodun elektron və deşik oblastlarını yaxşılaşdırmaq üçün GaAs məhluluna telur (Te), alüminium (Al), kremnium (Si), sink (Zn) elementləri əlavə edilir. Xarakterindən və metal qatışığının miqdarından asılı olaraq YK elektron (n) və deşik (p) kimi keçirici sahələrə malikdir.
YK lazerin sxemi şəkil 6.2-də göstərilmişdir. YK lazerin həcmi təqribən V=1mm³-dur. Elektrik mənbəinə qoşmaq üçün ona metal elektrod birləşdirilmişdir. Əks etdirici güzgü rolunu YK-nin yan tinləri (cilalanmış paralel müstvilər) görür. Şüalanma, qalınlığı 0,15...0,2 mkm olan p keçidindəki təbəqədə baş verir.
Verilən gərginliyin təsiri nəticəsində YK-dəki daşıyıcı-ların həyacanlanması baş verir. Bununda nəticəsində işıq enerjisi şüalanır və fotonlar seli əmələ gəlir. Fotonlar seli güzgüyə dəyib əks olunaraq rezonans sistemi əmələ gətirir, sel güclənir və lazer şüasının əmələ gəlməsinə səbəb olur. Lazer şüaları ciddi koherent, dar və ya iynə şəkilli şüalanma diaqramına malikdir.
Lazerlə yanaşı optik şüalanma mənbəi kimi işıq diodlarıda (iD) tətbiq olunur. iD-da qalium arsenddən (GaAs) hazırlanmış tipli lüminessent YK-yə bənzəyir. Lakin burada işığın güclənməsi və rezonans halı baş vermir. Lazer (1 şüası) və iD-unda (2 şüası) şüanın spektri şəkil 6.3-də göstərildiyi kimidir. Məcburi olaraq şüalanan, güclənən və rezonans halına gələn, yüksək tərtibdən koherent, dar istiqamətli lazer şüalanmasından fərqli olaraq, iD-unda şüalanma spontan (özbaşına) baş verir. İD-undan buraxılan şua kiçik gücə və geniş şüalanma istiqamətinə malikdir (şəkil 6.3, 2-ci şüa).
Adi, məsələn, lampa işığı ilə lazer şüasını müqayisə etsək, aşağıdakı nəticəyə gəlmək olar: hər iki halda fotonların seli iştrak edir; adi işıq istilik xassəsinə və çox geniş kəsilməz şüalanmaya malikdir; lazer şüaları yüksək dərəcədə monoxromatik və koherentdir, onların yaratdıqları işıq dəstələri müəyyənləşdirilmiş istiqamətə malikdir, yəni fəzada yayılan zaman çox zəif səpələnir. Lazer şüaları ciddi fazlanmaya, koherentliyə, başqa sözlə fotonların zaman və məkana görə razılaşdırılmış hərəkətinə malikdir.
Lazer şüalarının çox gözəl xassələri vardır. O, çox uzaq məsafəyə yayılır və kəskin şəkildə düzxətli istiqamətini qoruyub-saxlayır. Şüa çox ensiz dəstə ilə ətrafa dağılmadan hərəkət edir. Bu xassələr lazer şüalarından öz təbiətinə görə müxtəlif olan sahələrdə istifadə etməyə imkan verir. Onlardan informasiyanın məsafəyə ötürülməsi, kosmosda yerin süni peykləri arasında əlaqənin yaradılması, planetlərin tədqiq olunması, gəmilərin, təyarələrin, raketlərin sürətlərinin və istiqamətlərinin təyin edilməsi, ifrat bərk cisimlərdə deşiklərin açılması, çətin əriyən metalların emal edilməsi, mikrosxemlərdə nöqtəvi lehimləmə, adi şəraitdə baş verməyən kimyəvi reaksiyaların aparılması, idarə edilən termonüvə reaksiyalarının həyata keçirilməsi və s. kimi sahələrdə istifadə edilir.