Ne-He lazeri ishlash prinsiplari Reja: Kirish

2.3.Ne-He lazerini quvvati va kogarentligi
Ne-He lazer nurlarining quvvati. Biz uchun oddiy oq yorug‘lik shaffof modda orqali o‘tib qisman yutilishi va rangi o‘zgarishi oddiy hol bo‘lib qoldi. Bunda modda aniq bir rangdagi nurlanishni o‘tkazib, boshqa nurlanishlarni yutadi (nurlanish chastotasi yoki to‘lqin uzunligi bilan rang aniqlanadi). Bunday holni klassik (chiziqli) optika nuqtai nazardan tushuntirish oson. Ammo ko‘zga ko‘rinmaydigan (masalan, infraqizil) lazer nuri maxsus kristall orqali o‘tganda, aytaylik yashil rangga kirsin. Yorug‘likning muhitda tarqalishida chastotasining o‘zgarishi - ko‘p fotonli elementar aktning optik jarayoniga xususan, yorug‘likning sochilishiga ta’sir yana bir misol bo‘ladi.
Tushayotgan nurlanish kichik va katta intensivliklari uchun olingan ma’lumotlarni taqqoslashdan ko‘rinadiki, sochilgan yorug‘lik xususiyati farq qilar ekan. Masalan, katta intensivlikda sochilgan yorug‘lik chastotasi tushayotgan yorug‘lik chastotasidan katta ekanligi ma’lum bo‘ldi. Shunga o‘xshash holni yuqori garmonik uyg‘otish deb aytish mumkin. Кchastotali yuqori garmonik uyg‘onish bilan ( chastotali intensiv nurlanish tarqalishda amaliyot uchun katta ahamiyat kasb etadi. Haqiqatdan ham uyg‘otadigan lazer nurlanishi ko‘rish sohasida yuqori garmonika kogerent nurlanishning K=100 qiymatigacha uyg‘otish mumkin. Bu rentgen nurlar sohasiga to‘g‘ri keladi. Shunday qilib, kogerent nurlanishni boshlang‘ich chastotasiga nisbatan bir necha marta kata chastotali kogerent nurlanish olish mumkin. Bu juda muhim, chunki fizika, ximiya, biologiya fanlarining har xil sohalarida ilmiy tadqiqot ishlarini olib borish uchun keng imkoniyatlar ochib beradi.
Shu o‘rinda quyidagini aniqlashtirish lozim. Ko‘p fotonli jarayon ehtimolligi yorug‘likning nochiziqiy sochilishi, uyg‘otadigan yorug‘lik intensivligiga bog‘liq. Haqiqatdan ham uyg‘otuvchi yorug‘lik intensivligi bitta foton yutilishi ehtimolligiga proporsional bo‘lsa, K ta fotonlar bir elementar aktda yutilish ehtimolligini quyidagi munosabat bilan ifodalash mumkin
(7)
bu yerda к - jarayonning nochiziqlik darajasi (yoki ko‘p fotonlik darajasi) deb ataladi. (8) munosabat 2 ta fikrga asoslansa to‘g‘ri bo‘ladi: fotonlar bir-biriga bog‘lanmagan holda yutiladi va bir fotonning yutilish ehtimolligi nurlanish intensivligiga proporsionaldir. (8) ifodadagi bog‘lanish darajasidan ko‘rinadiki, bunday jarayon ehtimolligi uyg‘otuvchi yorug‘lik intensivligiga kuchli bog‘liqdir. Yorug‘likning har qanday kichik intensivligida ehtimollik hal qiluvchi rol o‘ynaydi, hatto judayam kichik qiymatida ham. Har qanday ko‘p fotonli jarayonni kuzatish uchun faqat bitta porog bor. Bu porog, ko‘p fotonli jarayonlar haqidagi ma’lumotlardan kelib chiqib, hozirgi paytda yaxshi ma’lum bo‘lib, 10⁸-10¹⁰ Vt/sm² ni tashkil qiladi. Bu son qiymatdan ma’lumki, hech qaysi lazergacha bo‘lgan yorug‘lik manbalarida ko‘p fotonli jarayon kuzatilmagan.
Har xil ₁ va ₂ ikki to‘lqin tarqalayotganda ularning qo‘shilishidan chastotali tebranish hosil bo‘ladi. Bu holatni chastotalar generatsiyasi, xuddi har xil va energiyali ikkita kvantdan uchinchi hosil bo‘lishidek tassavur qilish mumkin. Shuningdek, ushbu holda generatsiyalangan nurlanish chastotasi boshlang‘ich nurlanish chastotasidan katta bo‘lib, bu jarayon lazer nurlanishi bo‘lmagan ultrabinafsha sohasida kogerent nurlanishni olishda foydalaniladi. Nochiziqli kristallarda 185 nm to‘lqin uzunligigacha ultrabinafsha nurlarni generatsiyalash mumkin. Boshqa tomondan СО₂ - lazerning (to‘lqin uzunligi 10,6 mkm) infraqizil nurlanishni yig‘indi chastotasini generatsiyalash mumkin. Bu esa ko‘zga ko‘rinuvchi nurlar spektri infraqizil sohasi uchun bo‘lgan impuls davomiyligi va formasi kabi harakteristikalarni o‘rganish imkonini beradi. Bundan tashqari jarayon chastotalar farqini generatsiyalash mumkin. Bu yerda generatsiyalangan nurlanish chastotasi boshlang‘ich nurlanish chastotasidan kichik. Shuning uchun ushbu jarayon infraqizil sohadan o‘rtacha va uzoq millimetr to‘lqin uzunligigacha yorug‘likni generatsiyalashda foydalaniladi.
Yuqorida qaralganidek ikkita kvant uchinchi kvantni yuzaga keltiradi. Shunga teskari jarayon ham bo‘lishi mumkin, ya’ni energiyali kvant energiyasi va impuls saqlanish qonunlari bo‘yicha ikkita kvantga parchalanadi:
(8)
(9)
bu yerda к - to‘lqin vektor kvant impulsi bilan munosabatda bog‘lanishga ega. Bu jarayon yorug‘likning parametrik generatsiyasi deb ataladi. Bir tomondan bu jarayon noaniqlikka olib keladigandek, chunki berilgan chastotaga har xil va juftlar energiyaning saqlanish qonunini qoniqtiradi. Boshqa tomondan u hohlagan har qanday chastotali nurlanishni generatsiya qilish imkonini beradi.
Ma’lum chastota uchun shu qonun bajariladigan kristalldagi yo‘nalish generatsiyalash chastotasi impuls saqlanish qonuni bo‘yicha aniqlanadi. Shuningdek, kristallni aylantirish bilan generatsiyalangan nurlanish chastotasini keng chegarada kichik qadamlar bilan silliq o‘zgartirish mumkin. Yorug‘lik chastotasi parametrik generatsiyalashda, ma’lumki har doim damlash chastotasidan kichik bo‘ladi (damlash deb ikkita boshqa nurlarnish hosil qiladigan chastotali kuchli nurlanishga aytiladi). Shuning uchun ushbu jarayon infraqizil nurlanish chastotasi bo‘yicha qayta to‘g‘rilanadigan generatsiyalash uchun ko‘proq foydalanadi. Ko‘pgina optik eksperimentlarda keng chastota diapazonida lazer nurlanishini silliq to‘g‘rilash talab qilinadi. Ko‘p atomli molekulali ko‘p gazlar infraqizil diapazonda keng tebranma yutilish spektriga ega bo‘lgani uchun yorug‘likning parametrik generator nurlanishi qo‘llaniladi. Yangi avlod kompyuterlarining elementar bazasi zamonaviy murakkab yarim o‘tkazgichlar strukturasidan iborat bo‘lib, ular ham lazer infraqizil nurlanishni chastota bo‘yicha silliq to‘g‘rilashni qo‘llash bilan o‘rganiladi. Bunday nurlanishning bosh yutug‘i - tadqiq qilinayotgan obyekt yutilish spektri chizig‘i chastotasi bo‘yicha aniq to‘g‘rilash imkoniyatidir.