Ne-He lazeri ishlash prinsiplari Reja: Kirish

2.1.Ne-He lazeri tushunchasi
Gazlarda energetik sathlarning kengligi qattiq va suyuq jismlardagi aktiv moddalarga nisbatan ancha kichik, chunki energetik sath kengligi gaz zarrachalarining o’zaro to’qnashishiga asoslangandir. Spektral chiziqlarning kengayishi gaz­larda sodir bo’ladigan Doppler effekta bilan aniqlanadi. Gaz zarrachalari­ning yutilish spektri juda tor spektral oraliqqa ega, op­tik damlovchi lampalarning spektri esa uzlukli va keng. Shunga ko’ra, yorug’likning gazlarda yutilish spektriga mos kelgan energiya qismi juda kichik va optik damlash effektivligi pastdir. Gazlarda inversiya hosil qilish uchun optik damlash deyarli qo’llanilmaydi.
Gaz sistemasida atom va molekulalarni uyg’otish va inver­sion kuchlanganlik hosil qilish uchun elektr razryadi qo’llaniladi. Gazlar orqali elektr toki o’tganda, muhitda erkin elektronlar va ionlar hosil bo’ladi. Gaz razryadida elektr energiyasi zaryadlarning kinetik energiyasiga va zaryadlarning elektr maydonida tezlanish olishiga sarf qilinadi. Odatda gaz atomlarini uyg’otishda ionlarning harakati ahamiyati ega bo’lmasdan, erkin elektronlarning gaz atomlari bilan to’qnashishi muhim ahamiyatga ega. Haqiqatan xam gazlarda elektronlarning o’rtacha kinetik energiyasi atom ionlarining o’rtacha kinetik energiyasidan birmuncha katta. Elektronlar juda qisqa vaqt ichida Maksvell-Bolsman taqsimotiga ko’ra taqsimlanadi.
Elektr razryadida gaz atomlarining uyg’onishi quyidagi asosiy ikki xil jarayonga asoslangan: 1) elektronning bir komponentli gaz atomlari bilan to’qnashishiga (birinchi jinsli to’qnashish) 2) gazning bir necha tipdagi atomlari va molekulalarning aralashmasidan iborat bo’lgan gaz atomlari o’zaro to’q­nashishi natijasida energiyasining rezonansli ravishda biridan ikkinchisiga uzatilishiga (ikkinchi jinsli to’qnash) asoslangan.
Uyg’ongan atomlarning pastki energetik sathlarga o’tishi to’rtta jarayonga asoslangan: 1) uyg’ongan atom elektron bilan to’qnashganda atom o’zining energiyasini elektronga beradi (ik­kinchi jinsli to’qnash), 2) atom atom bilan to’qnashganda, 3) atomning gaz solingan trubka (idish) devori bilan to’qnashganda, 4) uyg’ongan gaz atomlari spontan nurlanganda asosiy pastki energetik sathga qaytadi.
Spontan nurlanishdan hosil bo’lgan yorug’lik fotoni gaz razryadi trubkasidan chiqib ulgurmasdan ikkinchi gaz atomi tomonidan rezonans ravishda yutilishi va u yutgan atom uyg’ongan holatga o’tishi mumkin. Bu gazning bosimiga, razryad trubkasining geometriyasiga va kvant o’tishning kesimiga bog’liqdir.
Shunday qilib, gaz atomlarini uyg’otish va pastki energe­tik sathlarga o’tish relaksasiyasi tufayli gaz razryadda atom­larning energetik sathlar bo’ylab taqsimlanishining muvozanatsizligi o’rnatiladi. Gaz atomlarining uyg’onish tezligi bilan pastga o’tish tezligi tenglashadi.
Yuqorida gazlarga xos umumiy xarakteristikani qarab chiqdiq Endi esa gaz lazerlariking turlarini qarab chiqamiz:
1) neytral atomlar asosida ishlaydigan gaz lazerlari,
2) ionli gaz lazerlari,
3) molekulalar gaz lazeri va
4) impulsli gaz lazerlari.
Shulardan birinchi, uchinchi va to’rtinchilarini qarab chiqamiz.
Geliy-neon lazeri. Geliy-neon lazeri neytral atomlar aso­sida ishlaydigan gaz lazerlariga kiradi. Geliy-neon lazeri keng tarqalgan, birinchi marta ishga tushirilgan gaz lazeridir. Geliy-neon lazeri uch xil to’lqin uzunligida generasiya hosil qiladi: λ=3,39mkm, λ=0,633mkm, λ=1,15mkm. Lazer qurilmasi birinchi marta 1961 yilda ishga tushirilgan. Eng keng tarqalgan geliy-neon la­zeri qizil rang chiqaruvchi (λ=0.633mkm) lazerdir.
Geliy va neon atomlarining energetik sathlari 1-rasmda tasvirlangan.

. 1- rasm. Geliy-neon lazeri nurlanishini hosil qiluvchi Ne va Ne gaz atom lari ning energetik sathlari.

Geliy atomining elektron bilan to’qnashib uyg’onishi neon atomining uyg’onishidan samaraliroq va uyg’ongan geliy atomining megastabil sathlari neon atomlari­ning energetik sathlariga mos keladi. Geliy atomi bilan neon atomi to’qnashganda rezonansli energiya almashinuvi sodir bo’ladi. Neon atomlarini bevosita uyg’otishdan ko’ra rezonansli uyg’otish ancha samaralidir. Geliy atomining uyg’ongan metastabil energetik sathlari 2²s, 2¹s neon atomining uyg’ongan energetik 2s va 3s sathlariga rezonancdir. Bevosita neon ato­mining uyg’onishi elektron bilan to’qnashib, o’sha 2s, 3s sathlar bilan Zr, 2r sathlar o’rtasida inversion ko’chirish hosil qiladi. Geliy-neon lazeri to’rt energetik sathli aktiv modda kabidir. Generasiya 3s₂→2p₄ (λ=0,633mkm), 3s₂→Zr₄ (λ=3,39mkm), 2s₂→2r₄ (λ=1,15mkm) kabi kvant o’tishlarda ko’zatiladi. Neon gazining 3s uyg’ongan energetik holatda yashash vaqti τ_s=100ns va r holatda τ_r=10ns. 3s–holatda uyg’ongan neon atomlari ko’proq yashaydi va to’planadi. Is holat metastabil energetik sath bo’lib, uning relaksasiyasi neon atomi gazorazryad trubka devoriga urilgandan keyin sodir bo’ladi va atom pastki asosiy energetik holatga o’tadi. Rezona­tor ko’zgularining qaytarish koeffisiyentini selektiv o’zgartirib, uch xil to’lqin uzunliklarini navbat bilan generasiyalash mumkin. Rezonatorga uch qirrali prizma kiritib va uni burib ham generasiya nurlanish chastotasini o’zgartirish mum­kin. 47-rasmda geliy-neon lazerining ishlashi va to`zilishi sxemasi ifodalangan. Geliy-neon gazi joylashgan shisha nayning kesimi rezona­tor o’qiga Byurster burchagi α_B ostida o’rnatiladi va lazer nuri rasm tekisligida to’la qutblangan monoxromak yorug’lik to’lqinini hosil qiladi. Uy haroratida (T=300K) geliy-neon gazi dopplercha kengayishga ega bo’lib, (1.6.13) formulaga asosan spektral kengligi Δv_D=6,3·10^–2sm^–1 (λ=0,633mkm) ga teng. Rezonator uzunligi L=15sm bo’lsa, bir aksial modalar generasiya nurlanishini hil qilish mumkin, chunki aksial modalar oralig’i Δv_g=1/2L bilan aniqlanadi. Geliy va neon (10: 1) aralashmasidan tashkil topgan faol elementli lazerlar, He-Ne lazerlari - bu to'lqin uzunligi 0,6328 mkm bo'lgan nurlanish hosil qiluvchi gaz-chiqindilarli atom o'tishlari.
Argon va kripton ion lazerlari spektrning ko'rinadigan va unga yaqin ultrabinafsha mintaqalaridagi eng kuchli cw lazerlari hisoblanadi. Qoida tariqasida sanoat moslamalari 0,5 mkm atrofida 10-20 Vt va 0,35 mkm atrofida 1-2 Vt quvvatga ega, lazerlarning samaradorligi 0,1% dan oshmaydi.
Karbonat angidrid lazerlari (CO 2 lazerlari) boshqa gaz lazerlari bilan taqqoslaganda eng yuqori (40% gacha) elektr energiyasini radiatsiya energiyasiga aylantirish samaradorligiga ega. Ularni yuqori quvvat bilan boshqarish oson, shuning uchun ular sanoatda keng qo'llaniladi.