“OPTIK KVANT GENERATORLAR.LAZERLAR” mavzusida tayyorlagan KURS ISHI MAVZU: OPTIK KVANT GENERATORLAR.LAZERLAR REJA: KIRISH…………………………………………………………………3 1. 1. Lazerlar haqida ma`lumotlar……………………………………….6 2.Generatorlar haqida ma`lumotlar……………………………………….11 3.Optik kvant generatorlari………………………………………..15 XULOSA……………………………………………………………….21 FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR………………………………22 KIRISH. Lazer fizikasini chuqur о‘rganish ijtimoiy hayotimizda juda foydalidir, chunki hozirgi kunda ishlab chiqarishning barcha sohalarida yengil va og‘ir sanoatda, geologiyada xullas barcha sohalarda lazerlar keng ishlatiladi. Buni biz lazerli texnologiya mavzusida kо‘rib о‘tishimiz mumkin. Spektrning optik qismida ishlatiladigan yorug’lik manbalarining nurlanishi kogerent bo’lmaydi, masalan, manbaning butun nurlanishi uning atomlari, molekulalari, ionlari, erkin elektronlari kabi mikroskopik elementlari chiqarayotgan va o’zaro kogerent bo’lmagan oqimlardan tashkil topgan bo’ladi. Gaz razryadining yorug’lanishi, su’niy va tabiiy manbalarning issiqlik nurlanishi, turli usulda uyg’otilgan lyuminessensiya kogerent bo’lmagan nurlanishga misol bo’la oladi. XX asrning 60 yillari boshida boshqa tipdagi yorug’lik manbalari yaratilgan bo’lib, ular optik kvant generatorlari (OKG) yoki lazerlar deb ataladi. Kogerent bo’lmagan manbalardagiga qarama-qarshi ravishda kvant generatorning bir-biridan mikroskopik masofalarda bo’lgan qismlaridan chiqayotgan elektromagnitik to’lqinlar o’zaro kogerent bo’ladi. Bu jihatdan kvant generatorlari kogerent radio to’lqinlari manbalariga o’xshash bo’ladi. Mavzuning dolzarbligi bugungki kunda maktab faoliyati va undagi dars jarayonlari hamda o’quvchilarning dars jarayonidagi faoliyati muhim sanaladi sababi darslarning sifati va o’quv jarayoning to’g’ri tashkil etilganligi va albatda o’quvchilarni darsga jalb qilish ularning faoliyatini boshqarish ta’lim tizimidagi muhimmuammolar sanaladi. Hamma sohada bo’lgani kabi fizika fanini o’qitishda ham o’quvchilarda bilim, ko’nikma va malakalarni shakllantirish, tizimli va mustahkam bilim berish, mantiqiy fikrlash va ijodiy qobilyatni rivojlantirishda 3 maktabda fizika o’qitish uslubining ro’li yanada oshdi. O’zbekiston Respublikasining “Ta’lim to’g’risida” gi qonuni, “Kadrlar tayyorlash milliy dasturi” masala yechishning va laboratoriya ishlari, praktikum mashg’ulotlarini dolzarbligini yanada oshirdi. Maktab, kollej, akademik litseylarda fizika kursining alohida bo’limlari bo’yicha darslar uyushtirish va o’tkazishda o’quv materialini tizimga solish, o’qitish jarayonini maqbul usul va yo’llar bilan boyitish, maktab o’quvchilariga nazariy asoslangan va tajribada isbotlangan fizika o’qitishni havola etish shu kunning eng dolzarb masalasidir. Shu sababli ham oliy majlisning IX sessiyasida “Kadrlar tayyorlash milliy dasturi” qabul qilinib, unda ta’lim sohasida tub o’zgarishlar qilish vazifasi qo’yildi. Mavzunning maqsad va vazifasi: Impulslar texnikasi - elektr impulslarni hosil qilish (generatsiyalash), kuchaytirish, oʻzgartirish va ulardan foydalanish bilan bogʻliq boʻlgan texnika sohasi. Bunday impulslar relaksatsiyalovchi generatorlar (multivibratorlar, blokinggeneratorlar va b.) yoki boshqa generatorlar yordamida hosil qilinadi. Impuls rejimda ishlaydigan (elektr signallar uzlukli beriladigan) im-pulsli lampa va yarimoʻpgkazgichli asboblar elektr impulslar manbai va kuchaytirgichlari boʻlib xizmat qiladi. Elektr impulslarning turli elektr zanjirlar, qurilmalar va obʼyektlarga taʼsiridan vujudga keladigan jarayonlar ham I. t.da tadqiq qilinadi. Mavzuning ilmiyligi: Kuchli tok impulslari termoyadro kurilmalarida, zaryadli zarralar tezlatkichlarida, aerodinamik va termoyadro tadqiqotlarida, elektrotexnika kurilmalari va kommutatsiya apparatlarini sinash va b. sohalarda koʻllaniladi. Bunday impulslar elektr generatorlar, akkumulyatorlar, kondensator batareyalari va b. yordamida hosil qilishni o`rganishdan iborat. Kuchli tok impulslari termoyadro kurilmalarida, zaryadli zarralar tezlatkichlarida, aerodinamik va termoyadro 4 tadqiqotlarida, elektrotexnika kurilmalari va kommutatsiya apparatlarini sinash va b. sohalarda koʻllaniladi. Bunday impulslar elektr generatorlar, akkumulyatorlar, kondensator batareyalari yordamida hosil qilinadi. 5 1.Lazerlar Lazer-kogrent nurlanish chiqaruvchi elektir optic asbob. Lazer-(lotincha)-majburiy nurlanish yordamida yorug’likni kuchaytiruvchi. Lazer fizikasini chuqur о‘rganish ijtimoiy hayotimizda juda foydalidir, chunki hozirgi kunda ishlab chiqarishning barcha sohalarida yengil va og‘ir sanoatda, geologiyada xullas barcha sohalarda lazerlar keng ishlatiladi. Buni biz lazerli texnologiya mavzusida kо‘rib о‘tishimiz mumkin. Spektrning optik qismida ishlatiladigan yorug’lik manbalarining nurlanishi kogerent bo’lmaydi, masalan, manbaning butun nurlanishi uning atomlari, molekulalari, ionlari, erkin elektronlari kabi mikroskopik elementlari chiqarayotgan va o’zaro kogerent bo’lmagan oqimlardan tashkil topgan bo’ladi. Gaz razryadining yorug’lanishi, su’niy va tabiiy manbalarning issiqlik nurlanishi, turli usulda uyg’otilgan lyuminessensiya kogerent bo’lmagan nurlanishga misol bo’la oladi. XX asrning 60 yillari boshida boshqa tipdagi yorug’lik manbalari yaratilgan bo’lib, ular optik kvant generatorlari (OKG) yoki lazerlar deb ataladi. Kogerent bo’lmagan manbalardagiga qarama-qarshi ravishda kvant generatorning bir-biridan mikroskopik masofalarda bo’lgan qismlaridan chiqayotgan elektromagnitik to’lqinlar o’zaro kogerent bo’ladi. Bu jihatdan kvant generatorlari kogerent radio to’lqinlari manbalariga o’xshash bo’ladi. Nurlanishning kogerentligi optik kvant generatorlarining qariyb hamma xususiyatlarida ko’rinadi. Nurlanishning to’la energiyasi bundan istisno bo’ladi, chunki bu energiya kogerent bo’lmagan manbalardagi kabi dastavval uzatilayotgan energiyaga bog’liq bo’ladi. Lazerlarning nurlanishi kogerentligi bilan bog’langan ajoyib xususiyati shundan iboratki, energiya vaqt davomida, spektrda, 6 fazoda tarqalish yo’nalishlari bo’yicha konsentratsiyalanadi. Ba’zi kvant generatorlarining nurlanishi yuqori darajada monoxromatik bo’ladi. Boshqa lazerlar davom etish vaqti 10-12 s ga teng bo’lgan juda qisqa impulslar chiqaradi, shuning uchun bunday nurlanishning oniy quvvati juda katta bo’lishi mumkin. Lazerlarning yaratilishi insoniyat ilmiy-texnik taraqqiyotining ulkan yutuqlaridan biri desa bo’ladi. Lazerlar yaratilishining boshlanishi 1916-yilga borib taqaladi. O’sha yili buyuk fizik olim A.Eynshteyn birinchi bo’lib, majburiy nurlanish tushunchasini kiritdi va nazariy yo’l bilan majburiy nurlanish uni majburlovchi nurlanishga kogerentligini (mosligini) ko’rsatadi. 1930-yilda P.Dirak o’zi tomonidan yaratilgan nurlanishning kvantomexanik nazariyasi asosida majburiy nurlanish va uning kogerentlik xususiyatlarini chuqurroq va aniqroq tahlil qilib, tushuntirib berdi. Lekin bu lazerning yaratilishi uchun yetarli emas edi. 1930- yildan boshlab optik spektroskopiya sohasida ko’plab ilmiy-tadqiqot ishlari boshlanib ketdi. Bu izlanishlar natijasida atomlar, molekulalar, ionlarning energetik sathlari haqida ko’plab ma’lumotlar olindi va keyinchalik turli lazerlarning yaratilishida ishlatildi. Bu ishlarga S.E.Frish va V.A.Fabrikant kabi Rossiya olimlari ham o’z hissalarini qo’shishdi. 1939-yilda V.A.Fabrikant birinchi bo’lib, yorug’lik nurining majburiy nurlanish hisobiga kuchayishining imkoniyati borligini aytdi. 1951-yilning yozida, u o’zining xodimlari bilan majburiy nurlanish yordamida elektromagnit nurlanishni (ultrabinafsha, ko’rinuvchi, infraqizil va radioto’lqinlar sohasida) kuchaytirish uslubi uchun avtorlik guvoxnomasini olishga taklif berishgan. Bu takliflarida lazerlarning faol muhitini yaratishning asosiy g’oyalari bayon etilgan edi. Lekin optik kuchaytirish g’oyalaridan tashqari, uni amalda bajarish va nihoyat kogerent nurlarning hosil qilish uchun o’ziga xos teskari bog’lanishli optik rezonator bo’lishi 7 kerak edi. O’sha yillarda fanning optika bo’limida optik soha uchun rezonatorlar o’ylab topilmagan edi. Kvant elektronikasi yoki lazerlar fizikasining rivojlanishida radiofizikanig bo’limi bo’lgan radiospektroskopiya muhim omil bo’ldi. Uning keskin rivojlanishi 1940-yillardan boshlanib, ilmiy izlanishlar yo’nalishi atom va molekula spektroskopiyasidan tashqari vaqt va chastotaning, ya’ni o’ta yuqori chastota (O’YUCH) standartlarini yaratilishga bag’ishlangan edi. Bu ilmiy izlanishlar natijasida 1950-yillarning boshlarida bir-birlaridan mustaqil ravishda N.G.Basov, A.M.Proxorov (FIAN, Rossiya) va Ch.Tauns (AQSH, Kolumbiya universiteti) tomonidan majburiy nurlanish g’oyalaridan amalda foydalanib, ammiak molekulasida ishlovchi molekulyar kuchaytirgich va generator (Mazer) yaratildi . Mazer (Maser - microwave amplification by stimulated emission of radiation) - ingliz so’zlaridagi bosh harflardan tashkil topgan va mazmuni mikroto’lqinni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirishdir. Shu ishlari uchun ular 1964-yili Nobel mukofotining sovrindori bo’lishdi. 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 8 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.Yorug‘lik manbalari kogerentlik xossalari nuqtai nazaridan ikki turga bo‘linadi: -nokogerent yorug‘lik beruvchi issiqlik manbalar; - kogerent yorug‘lik beruvchi manbalar (lazerlar). manbadir. Lazerlar yuqori kogerentlik darajasi va katta intensivlikka ega bo‘lgan yorug‘lik to‘lqinlarini generatsiya qilish imkonini beruvchi.Optik rezonator ikki yassi, biri yassi va ikkinchi sferik yoki ikkalasi sferik ko‘zgulardan iborat bo‘lishi mumkin. Odatda ko‘zgulardan birining nuri qaytarish koeffitsiyenti 100 % qilib olinadi, ikkinchi ko‘zgu qisman o‘tkazadigan bo‘ladi. Ba’zi bir kuchaytirish koeffitsiyenti katta bo‘lgan lazerlarda ikkinchi ko‘zgu oddiy shaffof yassi - parallel shisha plastinka ko‘rinishida ham bo‘lishi mumkin. Optik rezonator ichiga qo‘shimcha elementlarni (plastinka, prizma va h.k..) o‘rnatish mumkin va ular har xil vazifalarni bajaradi. Masalan, lazer nurini modulyatsiya qilish, yorug‘lik spektrini toraytirish, lazerni kerakli rejimda ishlatish va h.k. Lazer texnologiyasi jarayonlarini shartli ravishda ikki turga bo’lish mumkin. Ularni birinchisida lazer nurini o’ta aniq fokuslash va impulsli rejimda ham, uzluksiz rejimda ham energiyani aniq dozalash imkoniyatidan foydalaniladi. 9 2.Generatorlar haqida ma`lumotlar. Keyingi yillarda mikroelektronikaning eng muhim sohalaridan biri-fotolitografiyada oddiy yorug’lik manbai o’rniga lazerlardan foydalanilmoqda. Ma’lumki, fotolitografiya usulini qo’llamay turib, o’ta mitti bosma platalar, integral sxemalar va mikroelektron texnikaning boshqa elementlarini tayyorlab bo’lmaydi. Submikron litografiyadagi keyingi taraqqiyot ekspozitsiyalovchi yorug’lik manbai sifatida lazer nuri vujudga keltiradigan plazmadan tarqaladigan yumshoq rentgen nurlanishidan foydalanish bilan bog’liq. Bu holda rentgen nurlanishining to’lqin uzunligi (0,01-0,001mkm) bilan belgilanadigan ajratish chegarasi juda ulkan bo’ladi. Lazer texnologiyasining ikkinchi turi o’rtacha quvvati katta: 1 kVt gacha va undan yuqori bo’lgan lazerlardan foydalanishga asoslangan. Yuqori quvvatli lazerlardan kuchli texnologik jarayonlar: qalin po’lat listlarni qirqish va payvandlash, sirtqi toblash, yirik gabaritli detallarga metallni eritib yopishtirish va legirlash (metallarni maxsus material, xrom, nikel va boshqalar bilan qoplash), binolar sirtini tozalash, marmar, granitni kesish, gazlama, teri va boshqa materiallarni bichishda foydalaniladi. Metallarni lazer bilan payvandlashda chok juda sifatli chiqadi, elektron-nurli payvandda ishlatiladigan vakuum kameralarga ehtiyoj qolmaydi, bu esa konveyerli ishlab chiqarishda juda muhimdir. Qudratli lazer texnologiyasi mashinasozlikda, avtomobil sanoatida, qurilish materiallari sanoatda qo’llaniladi. U materiallarga ishlov berish sifatini oshiribgina qolmay, ishlab chiqarish jarayonlarining texnik-iqtisodiy ko’rsatkichlarini ham yaxshilaydi. Masalan, 14 mkm qalinlikdagi po’lat listlarni lazer bilan payvandlash tezligi 100 m/soat ga yetadi; bunda 10 kVt/soat elektr energiya sarflanadi. Bundan ham quvvatliroq lazer texnikasi rivojlanishi bilan lazer nurlanish energiyasi an’anaviy energiya turlari (elektr tok energiyasi, mexanik energiya, 10 ximiya jarayonlar energiyasi) bilan bir qatorda xalq xo’jaligida borgan sari keng qo’llanilmoqda. Muhit atomlarining qandaydir ikki holati energiyalarining Em-En ayirmasiga mos bo’lgan chastotali yassi to’lqin shu muhitda tarqalayotgan bo’lsin. Nurlanishning oqimi Buger qonuniga muvofiq o’zgaradi, bunda yutish koeffitsiyenti (1) munosabat bilan aniqlanadi:    m  m n n m mn а g N g N g а \ \ 4 1 ) ( 2       (1) bu yerda - Eynshteyn koeffitsiyenti, gm, gn - va Nm, Nnlar - m,n holatlarning statistik og’irliklari va balandliklari. (1) dagi Nn/gn va Nm/gm hadlar mos n→m va mn o’tishlarning ulushlarini ko’rsatib, bu o’tishlarda fotonlar yutiladi va induksiyalangan ravishda chiqariladi. Muhitning hajm birligida yutilgan quvvatni quyidagicha ifodalash mumkin: (2) bu yerda u() va I()energiyaning va oqimning spektral zichliklari (1 sm3 da). Agar nurlanish tarqalayotgan muhit termodinamik muvozanatda bo’lsa, Bolsman prinsipiga muvofiq Nm/gm<Nn/gn bo’ladi va demak, a(>0)bo’ladi. Bu hol nurlanishning yutilishiga mos keladi. Agar biror usul yordamida Nm/gm>Nn/gn bo’ladigan sharoitlarni amalga oshirsak, a() koeffitsiyent o’z ishorasini o’zgartirib manfiy kattalik bo’lib qoladi. Bu holda muhitda tarqalayotgan energiya oqimining zichligi termodinamik muvozanat holidagi kabi kamaymasdan, balki ortib boradi. Boshqacha aytganda, induksiyalangan nurlanish natijasida yorug’lik oqimiga qo’shilgan fotonlarning soni oqimdan teskari (n→m) o’tishlarda atomlarning uyg’onish uchun olingan fotonlarning sonidan katta bo’ladi. Atomlar konsentratsiyalarining Nm/gm>Nn/gn tengsizlikka mos bo’lgan 11 munosabati m, n energetik sathlarning invers bandligi deyiladi. Energetik sathlari   mn  а         ,         d сu d d q a a a   invers bandlikka ega bo’lgan va o’zida tarqalayotgan nurlanishni kuchaytiradigan muhit aktiv muhit deb ataladi. Gaz razryadda sathlarning invers bandligini ba’zi ximiyaviy reaksiyalar, optik uyg’otish va hokazolar yordamida hosil qilish mumkin. Majburiy o’tishlar natijasida vujudga kelgan elektromagnitik to’lqinlar bu o’tishlarga sababchi bo’lgan to’lqin bilan kogerent bo’ladi. Xususan, atomlar bilan o’zaro ta’sirlashuvi maydon yassi monoxromatik to’lqin bo’lsa, u holda majburiy ravishda chiqarilgan fotonlar ham shunday chastota, qutblanish, faza va tarqalish yo’nalishiga ega bo’lgan yassi monoxromatik to’lqinni tashkil qiladi. Majburiy chiqarish (yutish kabi) natijasida faqat tushayotgan to’lqinning amplitudasi o’zgaradi. Yuqorida aytilganlarni majburiy chiqarish nurlanishni uning boshqa xarakteristikalarini o’zgartirmay kuchaytiradi, majburiy yutish esa susaytiradi degan fikrning boshqacha shaklda aytilgani deb hisoblash mumkin. Lekin optik kvant generatorlari nurlanishning xususiyatlarini tushunish uchun tushayotgan to’lqin bilan majburiy o’tishlar natijasida chiqarilayotgan «ikkilamchi» to’lqinlarning kogerentligi to’g’risidagi tasavvurlarga asoslansak manbadan ma’lum bir yo’nalishda tarqaluvchi quvvatli nurlanish olish uchun zarur bo’lgan fazoviy sinfazlik shartini majburiy chiqarish jarayonida amalga oshirish mumkinligi ko’rinadi. Haqiqatdan ham, fazoning har xil nuqtalarida joylashgan atomlar chiqarayotgan to’lqinlarning boshlang’ich fazalari mos yo’l farqini kompensatsiyalaydigan bo’lsa, bunday to’lqinlar kuzatish nuqtasida sinfazali ravishda qo’shiladi. Yuqorida muhokama qilingan va majburiy o’tishlar bilan bog’langan kogerent nur chiqarishdan tashqari, muhit atomlari spontan o’tishlarda ham qatnashib, natijada bir-biri bilan hamda tashqi maydon bilan kogerent bo’lmagan 12 to’lqinlar chiqarilishini yoddan chiqarmaslik kerak. Shunday qilib, aktiv muhitning nurlanishi har doim kogerent va kogerent bo’lmagan qismlarning aralashmasidan iborat bo’lib, ular o’rtasidagi munosabat, xususan, tashqi maydonning intensivligiga bog’liq bo’ladi. Oxirgi holni tushuntirish oson, chunki majburiy chiqarish jarayonida qatnashgan atomlar uyg’onish energiyasidan mahrum bo’ladi va demak , spontan ravishda nurlantira olmaydi. Yuqoridagini batafsil analiz qilish majburiy o’tishlar ta’sirida kogerent bo’lmagan spontan nurlanishning to’liq intensivligigina emas, balki uning spektral tarkibi ham o’zgarishini ko’rsatadi. Elektromagnit to‘lqinining intensivligiga ikki xil ta’rif berish mumkin: 1. Intensivlik – bu birlik yuzadan birlik vaqt ichida o‘tayotgan elektromagnit maydon to‘lqin energiyasidir. Bu ta’rif bo‘yicha intensivlik 𝐼=𝑐𝜌(𝜔), 𝜌(𝜔) - elektromagnit energiyasi zichligi. 2. Intensivlik–bu vaqt birligi ichida birlik yuzadan o‘tuvchi va chastotalari 𝜔 va 𝜔+𝑑𝜔 intervalda joylashgan kvantlar soni. Bu ta’rif bo‘yicha intensivlik quyidagiga teng:     ( ) ( ) cp I  (1.7) Aktiv muhitda tarqalayotgan to‘lqin intensivligi quyidagicha o‘zgaradi: 𝑑𝐼=𝐺𝐼𝑑𝑧. Bu yerda, 𝑑𝐼 intensivlikning 𝑑𝑧 qatlamda o‘zgarishi, 𝐺 - uchaytirish koeffitsiyenti. Balans tenglamasini yozib, 𝐺 ni topamiz. 𝑍 o‘qi bo‘yicha tarqalayotgan to‘lqin intensivligining rezonans yutilish tufayli o‘zgarishi quyidagicha ifodalanadi (birinchi ta’rif bo‘yicha):   n nm N p B dz dI ) ( 1   (1.8) bu yerda 𝐵𝑛𝑚𝜌𝜈𝑁𝑛 ifoda vaqt birligi ichida 𝑛-holatdan 𝑚-holatga o‘tgan atomlar sonini bildiradi. Minus ishora esa yutilish sababli yorug‘lik intensivligi 13 kamayishini anglatadi, ℏ𝜔 esa yutilgan foton energiyasi. Majburiy nurlanish tufayli intensivlik, aksincha oshadi, chunki bu holda tashqi maydon energiyasiga muhit atomlari nurlatgan fotonlar energiyasi qo‘shiladi. Bu o‘zgarish quyidagicha ifodalanadi:   m nm N p B dz dI ) ( 2  (1.9) (1.8) va (1.9) ifodalarni qo‘shsak, intensivlikning natijaviy o‘zgarishini topamiz: ) ( ) ( 2 1 m n nm N N p B dz dI dz dI dz dI        (1.10) Intensivlik𝐼=𝑐𝜌(𝜔) bo‘lganligi uchun (1.10) ifoda quyidagi ko‘rinishga ega bo‘lib qoladi: K I I N N с B dz dI m n nm        ) (  (1.11) bu yerda  K –yutilish koeffitsiyenti deb ataladi: ) ( m n nm N N с B K       (1.12) (1.11) ifoda birinchi darajali differensial tenglama bo‘lib, uning yechimi quyidagiga teng: I e K z z I    0 ( ) (1.13) Bu ifoda Ber-Buger-Lambert qonuni deb ataladi. 14 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 10 12 c 5   ga teng bо‘lib, ketma-ket chiqqan impulslar о‘rtasidagi vaqt bir siklning T = 2Ljc davriga (bu holda 6 8 10 9с  ,  ) 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  /Т    2 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 T j j  /    0  2 (bu yerda 1 0 1 2   N j , , ... ) bо‘lgan N tasi hosil qilingan bо‘lib, tebranish tiplarining boshlang‘ich   1 fazalari va А  А 1 amplitudalari bir xil bо‘lsin. U holda rezonatorning biror nuqtasidagi maydon quyidagi yig‘indi bilan aniqlanadi:   / . , ) cos ( T t j A s N j      2 1 0 0          (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 T  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              2 2 / / T N T N j j tenglikdan aniqlangan T  vaqt davomida tebranishlarning j- va / ) ( j  N 2 tiplari о‘rtasida ga teng fazalar farqi paydo bо‘ladi, natijada tebranishlarning birinchi va ( N /21 )-tipi, ikkinchi va ( N /2 2 )- tipi,... . . , (N/2) va N - tiplari bir-birini sо‘ndiradi. Tо‘liq sо‘ndirilish T  ga karrali bо‘lgan vaqt intervallaridan keyin ham kuzatiladi, lekin faqat qо‘shni ( j - 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 [ j j   1  ] Т  2. 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.                         t N l T N Nl T AN s o 1 2 1 cos / sin / sin 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.       sin / sin N N 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 / ; / L c T 2 2      har bir impulsning davom etish vaqti spektrning tebranishlarning hosil qilingan tiplariga mos bо‘lgan qisminin, kengligiga teskari proporsionaldir, ya’ni . / / T N N Т     2 T bilan Т  о‘rtasidagi bu munosabat tajribada tasdiqlanadi. 1-rasm. О‘ta qisqa impulslar rejimida ishlayotgan lazer nurlanishi quvvatining vaqtga bog‘lanishi 17 Yuqorida kо‘rsatilgan N 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 1 1012    c N  bо‘lsa (bu 5,3 sm-1 ga mos bо‘ladi), u holda c T 10 12 2      1-rasmda kо‘rsatilgan holda kattaliklar xuddi shunday son qiymatlarga ega. Nazariy hisoblar T  kattalikni yana 10-100 marta kamaytirishga umid bog‘laydi. Boshqa sо‘z bilan aytganda, davri  mkm c 1 3 10 2 15       / 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 109 с 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 T T / marta katta bо‘ladi va 12 11 10 10  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. FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO`YXATI: 1. Manaеv Е.I. Osnova radioelеktroniki. M., 1989. 2. Nigmatov X. Radioelеktronika asoslari. T.,1994. 3. Turdiеv N. Radioelеktronika asoslari. T.,1999. 4. Izyumov N.M., Lindе D.,P.Osnovoa radiotеxniki.M., 1983. 5. Borisov V.G. Yuniy Radiolyubitеl.M.,1987. 6. Intеgralniе sxеmi. Spravochnik. Pod rеdaktsiey B.V. Tarabirina. M.1984. 7. Musaеv E. A., Ortikov A. Radioelеktronika kursidan laboratoriya mashgulotlari uchun mеtodik qo’llanma. Andijon,1990. 8. T.I.Trofimovа Kurs fiziki, M., «Visshаya shkolа». 2000 g, 380c. G.А.Zismаn, O.M.Godess. Kurs obshey fiziki. M, izd. ―Visshаya shkolа‖,