O ’zbekiston Respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi Guliston davlat universiteti Qattiq jism fizikasi bo’limidan o’quv-uslubiy majmua

3. Optik kvant generatorlari. (Lazerlar)

1939 yilda V.A.Fabrikant birinchi marta yoruglikni kuchaytiradigan muxit xosil kilish mumkinligini va shu muxitda nur majburiy nurlanish xisobiga kuchaytirilishi goyasini olga surdi. 1953 yilda I.G.Basov bilan A.M.Proxorovlar, AKSh dan Ch.Tauns bilan Veberlar tomonidan santimetr tulkin uzunligidagi elektromagnit tulkinlarni kuchaytiradigan molekulyar generatorlar yasaldi, bu generatorlar mazerlar deb ataladi. 1960 yilda esa T. Meyman tomonidan kattik jismli, optik diapazonda ( q 6943 A) ishlaydigan optik generator yasaldi. Bunday generatorlarni lazerlar deb ataladi. Nurni kuchaytiradigan aktiv muxitning tipiga karab lazerlar - kattik jismli, gazli, yarim utkazgichli va suyuklikli lazerlarga bulinadi.
Yanada anikrok aytganda lazerlarning turlarini sinflashda majburiy yigish (optik nakachka) usuli xam muxim rol uynaydi. Majburiy yigish usullari - optik, issiklik, kimyoviy, elektroionizatsion va boshka usullardan iborat buladi.
Bundan tashkari generatsiyalash turi uzluksiz yoki impulpsli bulishi mumkin.
Lazerlar uchta asosiy kismdan iborat buladi:

1. 
   Aktiv muxit - metastabil xolatga ega bulgan modda.
   
2. 
   Majburiy yigish (optik nakachka) sistemasi - aktiv muxitda inversiyali joylashish xolatini xosil kiladigan kurilmalar. Inversiyali joylashish xolati deb asosiy xolatdagi atomlar soniga nisbatan uygongan xolatdagi atomlar sonining kup bulishiga aytiladi.
   
3. 
   Optik rezonator - lazer nurlanishini shakllantiruvchi kurilma.
   

Biz kurdikki, muxitga tushgan  chastotali nur, modda atomlari-dan birining  q (E_n-E_m)G’ chastotasiga mos kelsa, bu xolda atom E_m  E_n xolatga utsa, bu majburiy utishda u nyrni yutadi. (E_n > E_m) , agar E_n  E_m utish sodir bulsa, u xolda tushayotgan nurning intensivligi muxitdan utishda kuchayadi.
Muxit orkali utgan nurning intensivligi Buger konuniga asosan aniklanadi:
I q I₀ e^-X (6.14)
bunda,  > 0 bulsa, nur muxitda yutiladi,  < 0 bulsa, nur muxitdan utishda kuchayadi. Kvant generatorida  < 0 xolat vujudga keltiriladi. T.Meyman yasagan birinchi kattik jismli muxitga ega bulgan lazer bilan tanishaylik. Kuchaytirgich sifatida alyuminiy oksidi A₂O₃ olingan bulib (rubin yoki kizil yokut) kristall panjarasining ba’zi tugunlarida uch valentli Cr^3Q(0,005%-xrom) joylashgan
Bu kizil yokutning uzunligi 5 sm, diametri esa 1 sm bulgan sterjen kurinishidadir. Uning asoclari uzaro parallel va juda yaxshi silliklangan.
Sterjenning bir tomoni nur utkazmaydigan kumush katlami bilan koplangan, ikkinchi tomoni xam xuddi shunday kumush bilan koplangan bulib, bu tomon fakat 8 % nurni utkazadi, xolos. Asbobning sxemasi 6.2 - rasmda keltirilgan.
Utish jarayoni esa kuyidagicha: nurlanish yokut tarkibidagi xrom ionlarini E₀ asosiy energetik satxdan E₁ va E₂ uygongan energetik satxlarga kutaradi (6.2 - rasm). Bu uygongan satxlarning yashash davomiyligi ancha kichik ( 10 ^-7s). Ulardan nurlanishsiz E₁ va E₂ satxlarga utish sodir buladi. Bir-biriga yakin joylashgan bu satxlarning yashash davomiyligi anchagina katta q5^.10^-3 s. Bunday satxlarni metastabil satxlar deyiladi. Metastabil satxlardagi ionlarning biroz spontan nurlanishi xam sodir buladi. Kristall uki buylab xaraktlanayotgan fotonlar kaytaruvchi asoslardan kup marta kaytadi, bu xarakat davomida kup sonli majburiy nurlanishlar vujudga keladi. Natijada fotonlarning kuchli okimi kristallning shaffof tomonidagi asosi orkali tashkariga chikadi. Shundan sung tashki manbaidan yana energiya olinadi va jarayonlar bayon kilingan ketma-ketlikda takrorlanaveradi.
Metastabil satxda yigilgan energiya shu jismning uzida spontan nurlanish sifatida ajralib chikadi, ya’ni lazer generatorlik vazifasini bajaradi. Shuning uchun lazerni kvant generatori deb ataladi.


Agar metastabil satxdagi majburiy nurlanish tashki ta’sir tufayli vujudga kelsa, lazer kirish signalini kuchaytirgan buladi. Bunday lazerni kvant kuchaytirgich deyiladi.
Birinchi gazli lazer 1961 yilda neon va geliy gazi aralashmasi asosida yaratildi.
Bizga ma’lumki gazlar ingichka yutilish chiziklariga ega bulgani uchun gazli lazerlarda majburiy yigish (optik nakachka) elektr razryadi orkali amalga oshiriladi.
Geliy - neonli lazerda majburiy yigish ikki boskichda amalga oshiriladi: geliy energiya tashuvchi vazifasini bajarsa, neon nurlanish xosil kiladi; gaz razryadida xosil bulgan elektronlar tuknashishi natijasida geliy atomini uygotadi va 3 - xolatga utadi (6.4-rasm).
Uygongan geliy atomi neon atomlari bilan tuknashib, ularni uygotadi va ular geliy satxiga yakin bulgan neonning yukori satxlaridan biriga utadi. Neon atomlarini 3-satxdan kuyi satxlardan biriga utishi q0,6328 mkm. li tulkin uzunlikdagi lazer nurlanishini vujudga keltiradi.


Lazer nurlari kuyidagi xossalarga ega:
1) Ular yukori darajada kogerent va dastasi esa nixoyatda ingichka.
2) Uta monoxromatik ( 10^-11mkm).
3) Katta kuvvatli: masalan, Wq20 J energiya bilan majburiy yigish (optik nakachka) va 10^-3 s nurlantirilsa, nurlanish okimi q2 ^. 10^-4 JG’s, Rq 2^.10¹⁰ VtG’m².
4) Tarkalish burchagi (ingichka) juda kichik.
Xozirgi paytda f.i.k. 0,01 % — 75 % bulgan lazerlar mavjud. Lekin kupchilik lazerlarning f.i.k. i 0,1 - 1% oralikda buladi. Uy temperaturasida uzluksiz ishlaydigan kuvvatli SO₂ lazer yaratildi. Bu lazer tulkin uzunligi q10,6 mkm bulgan infrakizil elektromagnit tulkinlarni ishlab chikaradi. Uning f.i.k. 30% dan yukoridir. Lazer nurlardan metallarni kesishda, payvandlashda, buyumlardagi nuksonlarni aniklashda, meditsinada nozik operatsiyalarni bajarishda, nixoyatda toza materiallar olishda, ulchash texnikasida, alokada xam keng foydalaniladi.

Mustaxkamlash uchun savollar:

1. 
   Spontan nurlanish deb kanday nurlanishga aytiladi ?
   
2. 
   Majburiy nurlanish deb kanday nurlanishga aytiladi ?
   
3. 
   Eynshteyn koeffitsientlarining fizik ma’nosini nima?
   
4. 
   Lazerlarning ishlash printsipi nimaga asoslangan?
   
5. 
   Lazer kurilmalari kanday asosiy kismlardan tashkil topgan?
   
6. 
   Lazerning aktiv muxiti kanday xossaga ega buladi?
   
7. 
   Rubinli lazerning ishlash printsipi kanday?
   
8. 
   Geliy-neon gaz lazeri kanday ishlaydi?
   
9. 
   Lazer nurlanishini katta intensivlikka ega ekanligini kanday tushuntiriladi ?