Yoqut lazerining ishlash prinsipi

2.2. YOQUT LAZERINING ishlash prinsipi
Yoqut lazeri 1960 yili amerikalik olim T. Meyman tamonidan yaratilgan va u dunyodagi birinchi optik kvant generator edi. Bu lazerning paydo bo‘lishi bilan lazerli texnikaning yaratilishi boshlandi.
Ushbu lazerda ishchi jism sifatida sun‘iy (sintetik) yoqut, ya‘ni Al₂O₃


4_F1

4_F2

4_A2
114,410³см
0,63мкм
3


^{2 2}E (E²,A)
0,69 мкм

1

19-расм. Ёқут лазерида генерация ҳосил бўлишининг соддалаштирилган чизмаси

alyuminiy oksidning kristali olingan. Bu moddadagi alyuminiyning bir qismi xrom moddasi bilan almashtirilgan. Ishchi jism bo‘lgan Al₂O₃ ning ichida Cr₂O₃ ning massa bo‘yicha miqdori taxminan 0,05 ni tashkil etadi. Faol ionlarning konsentratsiyasi 10¹⁸ sm^-3 ni tashkil etadi. Yoqut kristalining panjarasida joylashgan va uch karra ionlashgan xrom atomi tashqi qobig‘ida uch elektron joylashgan. Kristall panjaraning hosil bo‘lishida xrom atomi 4s qobiqdan bir elektronni yo‘qotadi.

Yoqut kristalining ba‘zi bir issiqlik xususiyatlarining parametrlarini 2- jadvaldan aniqlansa bo‘ladi. Yoqut kristali yorug‘lik spektrining yashil va zangori sohalarida nurlanishni yaxshi yutib, qizil rang sohasida (0,6943 mkm) nurlanish beradi. Bu nurlanish chizig‘ining eni 0,4 nm ni tashkil etadi.
Ushbu lazerning ishlash tamoyilini tushuntirish uchun kerak bo‘ladigan Cr^3 ionining energetik diagrammasi 32-rasmda keltiri-lgan.
Optik damlash lampasining nurlanishi ta‘sirida xrom ionii-ning asosiy A
sathidagi elektronlar yuqori ⁴F₁ yoki ⁴F₂ satxlarga chiqariladi. Bu sathdan
elektronlar nurlanishsiz qisqa vaqt (10^-8s) ichida ²E metastabil sathlardan biriga o‘tadi. Bu sathda elektronning yashash vaqti 3 ms atrofida. Ushbu yoqut lazeri uch energetik sathli sistemada 1 va 2 sathlar orasida invers bandlik hosil qilinib, kogerent nurlanish generatsiyasi olinadi. Asosiy sath quyi lazer satxi bo‘lgani uchun barcha faol zarralarning yarmidan ko‘pini g‘alayonlantirish zarur. (Asosiy satxdagi barcha elektronlarning yarmidan ko‘prog‘i yuqori (⁴F₁ va ⁴F₂) lazer sathlariga chiqarilishi zarur.) Yoqut lazerining ushbu kamchilligi 5,1-jadvaldan xam ko‘rinib turibdi. Yoqut uchun chegaraviy optik damlash energiyasi 100 dan 1000J atrofida bo‘ladi, ya‘ni 1 sm³ hajmiga 50J energiya to‘g‘ri keladi.
Yoqutda majburiy o‘tishning kesimi 310^-20sm² ni tashkil etadi. Agar xrom ionlarining konsentratsiyasi N₀10¹⁸sm^-3 bo‘lsa, yoqutli faol elementning kuchaytirish koeffisiyenti K₀₀N₂-10^-2sm^-1 ni tashkil etadi.
Lazerlarda faol element sifatida ishlatiladigan yoqut kristallarning o‘lchamlari quyidagicha diametri 510mm, uzunligi 1015sm va bunday kichik qiymatlar bo‘lishiga sabab, bir jinsli sun‘iy yoqut kristallini tayyorlashning texnologik jihatdan qiyinligidadir, hamda optik damlashning bir jinsli emasligidir. Bunday o‘lchamli yoqut kristallida nurlanishning difraktsion yoyilishlari kichik qiymatlarga (bd10^-4rad) ega. Real sharoitda generatsiya jarayoni ko‘p modali bo‘lgani uchun nurlanishning yoyilish burchagi 10^-310^-2 radianni tashkil etadi. Yoqut kristallining kichik o‘lchamlari, bu lazerning energetik imkoniyatlarini cheklaydi. Real sharoitlarda, optik rezanatorning asilligini modulyatsiya qilingan holda, yakka lazer impulsining energiyasi 1 Joul atrofida bo‘lib, nurlanish vaqti 10 ns ni tashkil etadi. Erkin generatsiya holatiida esa 100 Joulgacha nurlanish energiyasini olish mumkin.
Yoqut lazeriga bag‘ishlangan bayonning oxirida ushbu lazerning musbat va manfiy sifatlarini sanab o‘taylik. Musbat sifatlariga kogerent nurlanish ko‘zga ko‘rinadigan sohada va lazer impuls-larining tez takrorlanishining mumkinligidir. Kamchiliklariga esa katta damlash energiyasi zarurligi, FIK-ning kichikligi, umumiy nurlanish energiyasining kichik (10 J) bo‘lganligi, uzluksiz generatsiya olib bo‘lmasligi hamda faol kristallarning o‘lchami katta bo‘lmasligidir.