Ne-He lazeri ishlash prinsiplari Reja: Kirish

II Bob. Ne-He lazerlarning ishlash prinsiplari.
2.1.Ne-He lazerlarning ishlashi
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. Geliyning trubkadagi bosimi taxminan 1 mm sim. ust. ga, neonning bosimi esa 0,1 mm sim. ust. ga teng. Trubkada past voltli manba yordamida qizdiriladigan 2 katod va silindrsimon bo‘sh 3 anod bor. Trubkadagi anod bilan katod o‘rtasiga 1-2,5 kV gacha kuchlanish ulanadi. Trubkaning razryad toki bir necha o‘n milliampermetrga teng. Geliy - noyen lazerining razryad trubkasi 4,5 ko‘zgular o‘rtasiga qo‘yiladi. Odatda sfera shaklida ishlangan bu kuzgalar ko‘p qatlamli dielektrik qoplamali qilib yasalib, bu qoplamalarning qaytarish koeffitsiyenti katta qiymatlarga ega bo‘lib, yorug‘likni qariyib yutmaydi.
2-rasm Geliy-neon gaz lazerining sxematik tuzilishi. va -rezonator ko’zgusi, E.M-elektr manbai, L-induktivlik,

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 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. .Geliy-neon lazeri nurlanishida barcha gaz lazerlariga xos

eng muhim fizik hodisa to’yinish va „Lemb chuqurligi" kabilarni kuzatishdir. (Keyingi effektni 1964 iilda Lemb nazariy ravishda oldindan aytgan edi.) “Lemb chuqurligi” lazer nurlanishi quvvatining chastotasiga bog’liq taqsimotida kuzatiladigan markaziy botiqliqdir. 3-rasmda. Lemb chuqurligi" ko’rsatilgan.
3- rasm.Ne-He lazer generasiyasi quvvatining chastota bo’ylab taqsimoti va “Lemb chuqurligi” ning tasviri.
Gaz lazerlaridagi nurlanish spektrining kengligi uchta effekt bilan aniqlanadi:
1) to’qnashish geliy-neon lazerlaridagi gaz bosimida to’qnashish uncha katta bo’lmagan kengayishga olib keladi. Bosim R=0,5mm sim.ust. Δv_to’q=2·10^–5sm^–1.
2) tabiiy kenglik Δv_t=1/2τ=6·10^–4sm^–1, chunki τ=τ_s+τ_p,
3) dopplercha kengayishlik Δv_dop=6,3·10^–2sm^–1.
Demak, Lemb chuqurligi spektral chiziqlarning tabiiy kengligini aniqlashga va o’lchashga imkon yaratadi.
4-rasm.Ne-Ne lazerning quvvati chastota bo’ylab taqsimoti va “Lemb ” cho’qqisining paydo bo’lishi rezonatorga keltirilgan metan gazi sababli paydo bo’lishi
“Lemb chuqurligi” geliy-neon lazeri generasiya chastotasining nisbiy turg’unligini 10^–9 aniqlik bilan ta’minlaydi. Lazer nurla­nish chastotasining turg’unligini ta’minlashning yana mukammal usuli “Lemb chuqurligiga” o’xshash bo’lib, rezonatorga qo’shimcha gaz (alohida idishda) kiritiladi. U metan gazi bo’lib elektr zaryadiga uchramaydi. Rezonatorga kiritilgan qo’shimcha metan gazning yutish spektri He-Ne la­zeri nurlanish spektral chizig’iga mos keladi. Generasiya boshida alohida idishdagi gaz lazer nurini yutadi va yuqori uyg’ongan energetik sathda atomlar soni ko’paya boradi. Lazer nurlanishi markaziy chastotaga teng bo’lganda kuchayish konturida chuqurlik hosil bo’ladi va qo’shimcha gazning uyg’ongan atomlari rongan atomlari hisobiga lazer nurlanishining markaziy chastotasida chuqurlik o’rnida ko’tarilgan cho’qqi hosil bo’ladi. 49-rasmda lazer nurlanish quvvatining chastotaga bog’liqli o’zgarishi tasvirlangan. Cho’qqi “Lemb chuqurligi” ning teskarisidir. Shu usul lazer nurla­nishi chastotasining nisbiy turg’unligini 10^–12–10^–13 aniq­lik bilan ta’minlaydi. Cho’qqi juda tor va aniqlik darajasi juda yuqoridir. Shu xil lazer nurlanishi chastotasining turg’unligini ta’minlash metrologiyada va lazer spektroskopiyasida qo’llaniladi. Geliyning trubkadagi bosimi taxminan 1 mm sim. ust. ga, neonning bosimi esa 0,1 mm sim. ust. ga teng. Trubkada past voltli manba yordamida qizdiriladigan 2 katod va silindrsimon bo‘sh 3 anod bor. Trubkadagi anod bilan katod o‘rtasiga
1-2,5 kV gacha kuchlanish ulanadi. Trubkaning razryad toki bir necha o‘n milliampermetrga teng. Geliy - noyen lazerining razryad trubkasi 4,5 ko‘zgular o‘rtasiga qo‘yiladi. Odatda sfera shaklida ishlangan bu kuzgalar ko‘p qatlamli dielektrik qoplamali qilib yasalib, bu qoplamalarning qaytarish koeffitsiyenti katta qiymatlarga ega bo‘lib, yorug‘likni qariyib yutmaydi. Bir ko‘zguning o‘tkazishi odatda 2% ga teng, ikkinchisiiki esa 1% dan kam bo‘ladi. Neon sathlarining invers bandligini ta’minlaydigan jarayonlarini qisqacha muhokama qilaylik. 1-rasmda neon atomining energetik sathlarining soddalashtirilgan chizmasi ko‘rsatilgan. (o‘ng tomonda). To‘lqin uzunligi 632,8 va 1150 nm ga teng bo‘lgan nurlanishga
Е₃ → E₁ ва E₂ → E₁ o‘tishlar mos keladi.
Gaz-razryad plazmasining elektronlari bilan to‘qnashish natijasida atomlarning bir qismi uyg‘onadi, bu hol 3-rasmda vertikal uzun-uzun strelkalar bilan ko‘rsatilgan. Razryadning ma’lum rejimlarida Е₂ va Е₁sathlarning invers bandligi uchun bu jarayon etarli bo‘ladi. Lekin λ=632,8 ва λ=3390 nm to‘lqin uzunliklariga mos keladigan o‘tishlar bo‘ladigan Е₃,E₁ va Е₃,Е₄ sathlar invers ravishda bandlanmagan bo‘ladi.