“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
mn 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
](/media/image/optik-kvant-generatorlarlazerlar-lazerlar-haqida-malumotlar-generatorlar-haqida-malumotlar-optik-kvant-generatorlari995page_10.png "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
mn 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
")
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
mn 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)
