Raximov Azamatning lazer fizikasi fanidan

3.Optik kvant generatorlar.
Optik kvant generatorlarining shunday ish rejimlari mavjudki, bunday rejimlarda chiqayotgan nurlanish yorug‘likning ekvidistant, juda qisqa impulslariiing ketma-ketligi kо‘rinishida bо‘ladi. Bunday rejimda ishlayotgan lazer nurlanishi quvvatining vaqtga bog‘liqligi 1-rasmda kо‘rsatilgan. Har bir impulsning davom etish vaqti taxminan ga teng bо‘lib, ketma-ket chiqqan impulslar о‘rtasidagi vaqt bir siklning T = 2Ljc davriga (bu holda ) raso teng. Impulslarning tо‘liq soni neodim ioni sathlarida invers bandlikning mavjud bо‘lish vaqti bilan aniqlanadi.
Yuqorida bayon qilingan va о‘ta qisqa impulslar generatsiyalash rejimi deb ataladigan rejim kо‘p lazerlarda amalga oshiriladi.
Ba’zan bunday rejim о‘z-о‘zidan paydo bо‘ladi, lekin bu holda qо‘shni impulslar о‘rtasidagi masofa ularning kengliklaridan bir necha martagina katta. Juda «kontrastli» impulslar hosil kilish uchun maxsus metodlar qо‘llaniladi. Ularning ba’zilari rezonator aslligining davriy modulyatsiyasidan (2L/c ga teng, davr bilan) iborat. Boshqa metodlarda о‘ta qisqa impulslar generatsiyasi rezonator ichiga maxsus filtrlar kiritish natijasida vujudga keltirilib, bu filtrlarning yutish koeffitsiyentlari nurlanishning intensivligi katta bо‘lganda keskin kamayadi (tо‘yinish effekti).
Aytilganlardan lazer nurlanishini chuqur modulyatsiyalash bilan bir vaqtda rezonator tebranishlarining kо‘p tiplari hosil bо‘lishi va bu tiplarning chastotalari ga karrali bо‘lgan kattalikka farq qilishi aniq bо‘lishi kerak, bu yerda T - siklning davom etish vaqti. Bundan tashqari, tebranishlarning hosil qilingan tiplari fazalarini qat’iy moslashtirish zarur. Aks holda lazer nurlanishi regulyar modullangan tо‘lqindan emas, balki xaotik ravishda modullangan tо‘lqindan iborat bо‘ladi.
Yorug‘lik dastasining shunday о‘ziga xos vaqt strukturasi bilan
15

tebranishlarning hosil qilingan tiplarinint xususiyatlari о‘rtasidagi aloqani aniqlash

uchun quyidagi sxemalashtirilgan holni kо‘rib chiqamiz. Lazerda tebranishlarning aksial (о‘q bо‘ylab yо‘nalgan) tiplarining xususiy chastotalari (bu yerda ) bо‘lgan N tasi hosil qilingan bо‘lib, tebranish tiplarining boshlang‘ich fazalari va amplitudalari bir xil bо‘lsin. U holda rezonatorning biror nuqtasidagi maydon quyidagi yig‘indi bilan aniqlanadi:
(1)
t = 0 paytda hamma tebranishlarning fazalari teng bо‘lib, maydonning amplitudasi NA ga teng. Bundan keyingi paytlarda chastotalar farqi tufayli yig‘indining hadlarida fazalar о‘zgaradi, tebranish tiplari bir-birini sо‘ndiradi va biror vaqt о‘tgandan sо‘ng tebranish tiplari butunlay sо‘nadi, ya’ni maydonning amplitudasi nolga aylanadi. Haqiqatan ham, mulohazalarni soddalashtirish uchun tebranish tiplarining N soni juft bо‘lsin deb hisoblaylik; u holda

tenglikdan aniqlangan vaqt davomida tebranishlarning j- va tiplari о‘rtasida ga teng fazalar farqi paydo bо‘ladi, natijada tebranishlarning birinchi va ( )-tipi, ikkinchi va ( )- tipi,... . . , (N/2) va N - tiplari bir-birini sо‘ndiradi. Tо‘liq sо‘ndirilish ga karrali bо‘lgan vaqt intervallaridan keyin ham kuzatiladi, lekin faqat qо‘shni ( - va (j+ 1)-) tebranishlar fazalarining farqi ga teng bо‘lmaguncha kuzatiladi chunki о‘sha paytda tebranishlarning hamma tiplari sinfazali bо‘ladi va maydonning amplitudasi yana AN ga teng bо‘ladi. Sinfazalikning qaytish payti t = Tbо‘ladi, chunki [ ] Bundan keyin yuqorida kо‘rsatilgan manzara T davr bilan takrorlanadi.

16
Hodisaning miqdoriy ta’rifiga N ta tebranishni jamlash orqali erishiladi, hisoblar natijasini quyidagi kо‘rinishda ifodalash mumkin.

Amplitudaning vaqtga bog‘liqligi difraksion panjara nazariyasida uchragan kо‘paytuvchi bilan ifodalanishi tushunarli, chun­ki ikkala holda ham fazalari arifmetik progressiya tashkil qiladigan N ta tebranishlar qо‘shiladi. Farq fazaniig о‘sib borishining fizik tabiatida bо‘ladi: difraksion panjarada turli shtrixlardan kelayotgan tebranishlarning fazalari difraksiya burchagi bilan birga о‘zgaradi, bu holda esa faza vaqt о‘tishi bilan о‘zgaradi. funksiya batafsil о‘rganilgani uchun biz uning analizini takrorlamaymiz va faqatgina 1- rasmda kо‘rsatilgan grafik bilan 1- a rasmda kо‘rsatilgan grafikning sifat tomonidan bir xil ekanligiga diqqatni qaratamiz.
Shunday qilib yuqorida keltirilgan mulohazalarga va tajribaga muvofiq ravishda ketma-ket kelgan impulslar о‘rtasidagi T interval siklning davom etish vaqtiga teng, ya’ni

har bir impulsning davom etish vaqti spektrning tebranishlar­ning hosil qilingan tiplariga mos bо‘lgan qisminin, kengligiga teskari proporsionaldir, ya’ni
T bilan о‘rtasidagi bu munosabat tajribada tasdiqlanadi.

1-rasm. О‘ta qisqa impulslar rejimida ishlayotgan lazer nurlanishi quvvatining vaqtga bog‘lanishi

17
Yuqorida kо‘rsatilgan kо‘paytmaning son qiymati invers bandlikka ega bо‘lgan sathlar о‘rtasidagi о‘tishga mos bо‘lgan spekt­ral chiziqning kengligiga

proporsional, chunki spektrning ayni о‘sha qismida kuchaytirish koeffitsiyenti katta qiymatga ega. Masalan, agar bо‘lsa (bu 5,3 sm^-1 ga mos bо‘ladi), u holda 1-rasmda kо‘rsatilgan holda kattaliklar xuddi shunday son qiymatlarga ega. Nazariy hisoblar kattalikni yana 10-100 marta kamaytirishga umid bog‘laydi. Boshqa sо‘z bilan aytganda, davri ga teng bо‘lgan atigi bir necha tebranishdan tashkil bо‘lgan tо‘lqin uzuni vujudga keltirish mumkin bо‘lsa kerak.
Muhokama qilinayotgan hodisaning kuzatilishidan (1966 y.) ilgari lazerlardan foydalanmasdan olingan eng qisqa yorug‘lik impulslari uzluksiz nurlanishdan Kerr effektiga asoslangan elektrooptik zatvorlar yordamida hosil qilinar edi. Impulslarning eng qisqa davom etish vaqti taxminan bо‘lib, lazerlar beradigan impulslarning davom etish vaqtidan bir necha tartibga katta.
О‘ta "qisqa impulslarning” mavjudligi va tebranishlarning kо‘p tiplari о‘rtasidagi qat’iy sinfazalik haqidagi fikrlar fi­zika nuqtai nazaridan ekvivalent ekanligi yuqorida keltirilgan mulohazalardan kо‘rinadi: fikrning birinchisi hodisani vaqt tilida bayon qilishga, ikkinchisi esa spektral tilda bayon kilishga mos keladi. Shuning uchun о‘ta qisqa impulslar generatsiya qilish rejimini belgilash uchun tebranish tiplari sinxronlashtirilgan lazerning nurlanishi degan termindan foydalaniladi.
Lazer generatsiyalaydigan elektromagnitik maydon aktiv muhitning spontan nurlanishidan paydo bо‘ladi. Shuning uchun tebra­nishlarning bir tipi hosil qilinganda monoxromatik maydon tashkil topsa ham uning boshlang‘ich fazasi butunlay ixtiyoriy bо‘ladi. Agar tebranishlarning kо‘p tiplari hosil qilinsa, ularning boshlang‘ich fazalari moslashtirilmaydigan bо‘lib kо‘rinadi, chunki by fazalar tasodifiy spontan nurlanishning turli spektral komponentalari bilan aniqlanadi. Lekin aytilgan nuqtai nazar teb­ranishlarning turli tiplari mustaqilligiga asoslangan,
18
ya’ni chiziqli bо‘lmagan hodisalar sohasida bajarylmaydigan super­pozitsiya prinsipiga asoslangan. Lazerlarda esa chiziqli bо‘lmagan hodisalar prinsipial rol
о‘ynaydi, natijada tebra­nish tiplari bir-biriga biror darajada ta’sir qilishi va ular sinxronlashib qolishi mumkin. О‘ta qisqa impulslar generatsiyalash rejimining amalga oshishiga yordam beruvchi va paragrafning boshida aytib о‘tilgan maxsus choralar tebranishlar tiplarining chiziqli bо‘lmagan «о‘zaro ta’sirini» kuchaytirish uchun mо‘ljallangan.
Rezonatorining ichida yutadigan elementi bor bо‘lgan lazerlarda о‘ta qisqa impulslarning vujudga kelishiga sabab bо‘ladigan chiziqli bо‘lmagan hodisalarni qisqacha muhokama qilaylik. Lazerning aktiv elementidagi sathlarnint invers bandligi vujudga keltirilgan va spontan nurlanish kuchaytirilayotgan bо‘lsin. Spontan chiqarish aktlari tasodifiy xarakterga ega bо‘lgani uchuch maydonning amplitudasi vaqt о‘tishi bilan va nuqtadan nuqtaga о‘tilganda tartibsiz ravishda о‘zgaradi (2-a rasm). Maydon amplitudasi kattaligi tasodifiy va tasodifiy joylashgan «о‘rkachlar» tо‘plamlari kо‘rinishiga ega bо‘ladi. Generatsiyaning rivojlanishidagi nurlanishning quvvati hali kam bо‘lgan birinchi boskichida filtr hamma «о‘rkachlarni» teng meyorda susaytiradi
Vaqt о‘tishi bi­lan borgan sari kо‘proq atomlar uyg‘onadi va rezonatordagi maydonning energiyasi kо‘payadi. Nurlanish quvvatining ortishi bilan filtrning yutish koeffitsiyenti va unda yutilgan ener­giya hissasi kamayishi, filtr orqali о‘tayotgan energiya hissasining ortishi yoki, boshqacha aytganda, filtrni nurlanish ravshanlashtirishi aniqlangan edi.
Agar filtrning muhiti yetarli darajada kam inersiyali bо‘lsa (filtrlar uchun shunday muhitlar ataylab tanlanadi), u holda yuqorida aytilganlar filtrga tushayotgan oqimning oniy kiymatiga tegishli bо‘ladi: quvvatning oniy qiymati qancha katta bо‘lsa, filtr shunchalik kuchli ravshanlanadi. Natijada filtr eng kuchli «о‘rkachni» boshqalarga qaraganda kamroq darajada susaytiradi va har bir navbatdagi siklda

19
uning «ustun ravishda kam» susayishi chuqurlashib boradi. Eng quvvatli «о‘rkachning» ajralish protsessi 2-rasm (a-v) da kо‘rsatilgan bо‘lib, bu yerda

maydon amplitudasining nisbiy taqsimo- tigina tasvirlangan va umumiy energiyaning juda katta miqyosda kо‘payishi butunlay aks ettirilmagan.

Yuqorida tavsiflangan protsesslar natijasida rezonator ichidagi maydon yakka impuls kо‘rinishiga kirishi mumkin. 2-g rasm). Rezonatordan tashqaridagi maydon esa «ichki» impulsning bir-birining ketidan kelayotgan sikllar davomida rezonator kо‘zgusidan qisman о‘tishi natijasida paydo bо‘lgan impulslarning tо‘plamidan iborat bо‘ladi.
Yuqorida kо‘rilgan misol о‘ta qisqa impulslar barpo qilishda chiziqli bо‘lmagan hodisalarning hal qiluvchi rol о‘ynashini yaqqol kо‘rsatadi. Yuqoridagi muhokamada tushunchalar vaqt nuqtai nazaridan qaralgan bо‘lib, tebranish tiplari oshkor holda qо‘llanilmadi. Lekin «eng kuchli о‘rkach» ning mavjudligi uning joylashish nuqtasidagi tebranishlar turli tiplari fazalarining tо‘liq bо‘lmagan tasodifiy, ammo bu tasodifiy hol uchun eng qulay moslashishiny kо‘rsatayotganligini tushunish qiyin emas. Chiziqli bо‘lmagan navbatdagi protsesslar davomida fazalarning‘ moslashishi yaxshilanadi va natijada tо‘la moslashtirilgan fazalar qaror topadi. Shu sababli spektral analiz yordamida yuqoridagi natijaga erishadigan bо‘lsak ham vaqt tili kо‘rilayotgan masala uchun aynan о‘xshash bо‘ldi.
О‘ta qisqa impulslar generatsiyalash rejimida nurlanishning oniy quvvati о‘rtacha quvvatdan taxminan marta katta bо‘ladi va Vt qiymatlarga ega bо‘lishi mumkin. Shuning uchun о‘ta qisqa impulslar atom va molekulalarning kо‘p fotonli ionizatsiyasi, majburiy sochilish, moddani juda yuqori temperaturalarga qadar tez qizdirish va shu kabi turli-tuman hodisalarni о‘rganishda juda keng qо‘llaniladigan bо‘lib qoldi.

20
Xulosa.

Xulosa qilib aytsak kvant elektronikasining rivojlanishi elektromagnit to’lqinning yangi, infraqizil va ko’zga ko’rinuvchi sohalarida kogerent nurlanish olishga yo’naltirildi. Dunyoning ko’p ilmiy laboatoriyalarida lazerlar yaratish ustida ish boshlab yuborildi. Bu ishlarning rivojlanishida A.M. Proxorovning kvant qurilmalarida ochiq optik rezanotor sifatida Fabri-Pero ( etaloni) interferometrini qo’llash g’oyasi hal qiluvchi omil bo’ldi.
Birinchi gazli lazer (Laser – light amplification by stimulated emission of radiation – ya’ni yorug’likni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirish demakdir) 1961-yilda neon va geliy aralashmasida yaratildi. Uzluksiz ish holatida infraqizil sohada to’lqin uzunligi 1,15 mkm bo’lgan kogerent nurlanish berdi. 1962-yilda geliy-neon lazerlarida ko’zga ko’rinadigan sohada, 0,63 mkm to’lqin uzunlikli, qizil rangli kogerent nurlanish hosil qilindi. Shundan beri geliy–neon lazeri takomillashib kelmoqda.
2015-yili fizika yо‘nalishida uch yaponiyalik olim Isamu Okasaki, Xiroshi Amono va Shyuji Nakamuralar sazovor bо‘lishdi. Olimlar energiya tejovchi va ekologik xavfsiz yorug‘lik manbasi - moviy yorug‘lik diodini ixtiro qilishdi.