Tema: Optikalıq kvant generatorları. (Lazerlar) Jova: Kirisiw

2.Optikalıq kvant generatorları. (Lazerlar) haqqında túsinik
1939 jılda v. A. Fabrikant birinshi ret jaqtılıqtı kúsheytiretuģin ortalıq payda etiw múmkinligin hám sol ortalıqta nur májburiy nurlanıw esabina kúsheytiriliwi ideyasın alǵa súrdi. 1953 jılda I. G. Basov penen A. M. Proxorovlar, AQSh dan Ch. Tauns menen veberlar tárepinen santımetr tolqın uzınlıǵındaǵı elektromagnit tolqınlardı kúsheytiretuģin molekulyar generatorlar jasaldi, bul generatorlar mazerlar dep ataladı. 1960 jılda bolsa T. Meyman tárepinen qattı deneli, optikalıq diapazonda isleytuǵın optikalıq generator jasaldi. Bunday generatorlardı lazerlar dep ataladı. Nurdi kúshaytiretuģin aktiv ortalıqtıń tipina qaray lazerlar - qattı deneli, gazlı, yarım ótkeriwshili hám Suyıqlıqlı lazerlarģa bólinedi.
Jánede anıqlap aytqanda lazerlardiń túrlerin klasslawda májburiy jıynaw (optikalıq nakachka) usılı da zárúrli rol oynaydı. Májburiy jıynaw usılları - optikalıq, ıssılıq, ximiyalıq, elektroionizatsion hám basqa usıllardan ibarat boladı.
Bunnan tisqari generatsiyalaw túri úzliksiz yamasa impulsli bolıwı múmkin.
Lazerlar úsh tiykarǵı bólekten ibarat boladı:
1) Aktiv ortalıq - metastabil jaǵdayǵa iye bolǵan element.
2) Májburiy jıynaw (optikalıq nakachka) sisteması - aktiv ortalıqta inversiyali jaylasıw jaǵdayın payda etetuǵın apparatlar. Inversiyali jaylasıw jaǵdayı dep tiykarǵı jaǵdaydaǵı atomlar sanına salıstırǵanda oyanģan jaǵdaydaǵı atomlar sanınıń kóp bolıwına aytıladı.
3) Optikalıq rezonator - lazer nurlanıwın qáliplestiriwshi apparat

1-súwret
Biz kórdik, ortalıqqa túsken  chastotali nur, element atomlarinan birewiniń  = (En-Em)/ chastotasina mas kelse, bul jaģdayda atom Еm  Еn jaģdayģa ótse, bul májburiy ótiwde ol nurdi jutadi. (Еm >Еn ), eger Еm  Еn ótiw júz berse, ol jaģdayda túsip atirģan nurdiń intensivligi ortaliqdan ótiwde kúsheyedi.
Ortaliq arqali ótken nurdiń intensivligi Buger nızamına tiykarinan aniqlanadi:
I = I0 е -Х
bunda,  > 0 bolsa, nur ortaliqda jutiladi,  < 0 bolsa, nur ortalıqdan ótiwde kúsheyedi. Kvant generatorinda < 0 jaģday júzege keltiriledi. T.Meyman jasaģan birinshi qatti deneli ortalıqqa iye bolģan lazer menen tanisayiq. Kúsheytirgish sipatinda alyuminiy oksidi Al2O3 alinģan bolip (rubin yaki qizil Yoqut) kristall torinda ayirim tuyinlerinda úsh valentli Cr3+(0,005%-xrom) jaylasqan.
Bul qizil Yoquttiń uzinliģi 5 sm, diametri ese 1 sm bolģan sterjen kórinisindedir. Oniń tiykarlari ózara parallel hám júdá jaxsi tegislengen.
Sterjenniń bir tárepi nur ótkermeytuǵın gúmis qatlamı menen oralǵan, ekinshi tárepi de tap sonday gúmis penen oralǵan bolıp, berjaq tek 8 % nurdi ótkeredi, tek. Ásbaptıń sxeması 1 - suwretde keltirilgen.
Ótiw processi bolsa tómendegishe: nurlanıw Yaqut quramındaǵı xrom ionların E0 tiykarǵı energetikalıq júzeden E1 hám E2 oyanģan energetikalıq ústke kóteredi (1 - súwret). Bul oyanģan ústtiń jasaw dawam etiw waqti talay kishi ( 10 -7 с). Olardan nurlaniwsiz E1 va E2 sathlarga ótiw júz beredi. Bir-birine jaqin jaylasqan bul sathlardiń jasaw dawamiyliģi anshaģana úlken =5. 10-3 s. Bunday sathlardi metastabil sathlar delinedi. Metastabil sathlardaģi ionlardiń biraz spontan nurlaniwi da júz beredi. Kristall oģii boylap háreketlenip atirģan fotonlar qaytariwshi tiykarlardan kóp márte qaytadi, bul háreket dawaminda kóp sanli májburiy nurlaniwlar júzege keledi. Nátiyjede fotonlardiń kúshli aģimi kristalldiń ashıq tárepindegi tiykari arqali sirtqa shiģadi. Sonnan keyin sırtqı dáreginen taǵı energiya alınadı hám processler bayanlanģan izbe-izlilikde tákirarlanaberedi.
Metastabil júzede jiģilģan energiya sol deneniń ózinde spontan nurlanıw retinde ajralıp shıǵadı, yaǵnıy lazer generatorlıq wazıypasın atqaradı. Sol sebepli lazerdi kvant generatorı dep ataladı.

2-súwret
Eger metastabil júzedegi májburiy nurlanıw sırtqı tásir sebepli payda bolsa, lazer kirisiw signalın kúsheytirgen boladı. Bunday lazerdi kvant kúsheytgish dep ataladı.
Birinshi gazlı lazer 1961 jılda neon hám geliy gazı qospası tiykarında jaratıldı.
Bilgenimizdey gazlar jińishke yutilish sızıqlarına iye bolǵanı ushın gazlı lazerlarda májburiy jıynaw (optikalıq nakachka) elektr razryadı arqalı ámelge asıriladı.
Geliy - neonli lazerda májburiy jıynaw eki basqıshda ámelge asıriladı: geliy energiya tasıwshı wazıypasın atqarsa, neon nurlanıw payda etedi; gaz razryadında payda bolǵan elektronlar dúgisiwi nátiyjesinde geliy atomini oyatadı hám 3 - jaǵdayǵa ótedi (6. 3-súwret).
Uyg'ongan geliy atomi neon atomlari menen to'qnashib, olardı oyatadı hám olar geliy betine jaqın bolǵan neonning Joqarı ústinen birine ótedi. Neon atomlarini 3-júzeden tómen ústten birine ótiwi  =0,6328 mkm. li tolqin uzinliqdaģi lazer nurlaniwin júzege keltiredi.

3-súwret
Lazer nurlari tómendegi qásiyetlerge iye:
1) Olar joqarı dárejede kogerent hám dástesi bolsa jińishke.
2) Oǵada monoxromatik (10- 11mkm).
3) Úlken quwatli: máselen, W=20 J energiya menen májburiy jiynaw (optik nakachka) hám 10-3 s nurlantirilsa, nurlaniw aģimi =2 . 10-4 j/s R=2 . 1010 Вт/м 2 .
4) tarqaliw múyeshi (jińishke) júdá kishi.
Házirgi waqıtta f.i.k. 0,01 % - 75 % bolģan lazerlar bar. Biraq kópshilik lazerlardiń f.i.k. i 0,1 - 1% araliqda boladi. Úy temperaturasinda úzliksiz isleytuģin quwatli SO2 lazer jaratildi. Bul lazer tolqin uzinliģi  =10,6 mkm bolģan infraqizil elektromagnit tolqinlardi islep shiqaradi. Oniń f.i.k. 30% dan joqaridir. Lazer nurlardan metallardi kesiwde, payvandlawda, buyimlardaģi nuqsanlardi aniqlawda, meditsinada názik operatsiyalardi orinlawda, nihayatda taza materiallar aliwda, ólshew texnikasinda, alahida da keń paydalaniladi.

1.