1-ma’ruza. Kvant elektronikasi fanining rivojlanish

Kvant elektronikasi fanining kashf etilish tarixi

Endi shu fanning kashf etilish tarixiga nazar solaylik. 1900 yilda mashhur nemis fizigi Maks Plankning ilmiy ishidan keyin fizika faniga kvant tushunchasi kiritildi. 1905 yilda Albert Eynshteyn esa, kvant bu bo`linmaydigan bir butun kichik miqdordagi yorug`lik energiyasi bo‘lib, u moddalarda yutilishi yoki moddalardan nurlanish tufayli ajralib chiqishi mumkin deb tasavvur qildi. Fizikaga energiyaning
kvanti (energiyaning porsiyasi) tushunchasini Eynshteyn kiritdi. Foton tushunchasini esa 1929 yilda G. II. Lyuis kiritdi. Foton bu haqiqiy mavjud bo`lgan elektromagnit maydonning zarrachasi deb qaraladi. 1913 yilda Daniyalik Nils Bor fotonning nurlanish mexanizmini analiz qilib quyidagi mustahkam natijaga keldi. Atom aniq va qator energetik sathlar bilan harakterlanadi. Xar bir energetik sathning to`la ener¬giya qiymati, mavjud, energegik satxlar Ɛ₁, Ɛ₂, Ɛ₃, ... Ɛ_i, va hokazo belgilanadi. Xar bir energegik sath atomning statsionar holatini ifodalaydi va o`sha energetik sathlarda atom nurlanmaydi. Atomning bir statsionar holatdan ikkinchi bir statsionar holatga faqat sakrab o‘tganidagina nurlanish kvanti yoki foton sodir bo`ladi. Nurlanish chastotasi boshlangich va ohirgi energetik sathlarning farqi bilan bog`langan:

h - Plank doimiysi.
^𝜈21
₌ 𝜀₂ − 𝜀₁
ℎ

1916 yilda Eynshteyn yorug`likning nurlanishi va yutilishi jarayonini kvant mexaniqasi nazariyasi asosida qarab chiqdi. Eynshteyn shu ishida atom yoki molekulalarnnng energetik sathlari orasidagi kvant o`tishlarining ikki xil turi mavjudligini aniqladi. Kvant o`tishining birinchi turi uyg`ongan atomning tashqi ta’sirsiz pastki energetik sathga o`z-o`zidan o`tishi va bunda o`zidan yorug‘lik kvanti chiqarishidir. Kvant o`tishining ikkinchi turi uyg`ongan atomning pastki energetik sathga tashqi yorug`lik intensivligining ta’siri tufayli majburan o`tishida yorug`lik kvanti chiqarishi (indutsirli nurla¬nish) indutsirli o‘tishdir. Agar atom uyg`onmagan pastki energetik sathda joylashgan bo‘lsa, tashqaridan shu atomga to`shayotgan yorug`lik kvanti majburan yutiladi va atom pastki energetik satxdan yuqori energetik sathga o`tadi. Bu xil o`tish ham majburiy o`tish nomi bilan yuritiladi. Demak, Eynshteyn fizika faniga majburiy (indutsirli) kvant o`tish tushunchasini kiritdi. O`sha fikrlar asosida birinchidan, absolyut qora jismning nurlanishini tushuntiruvchi Plank formulasini keltirib chiqarish yotsa, ikkinchidan, lazer nurlanishini xosil qilish mexanizmining poydevorini qurish yotardi.
Kezi kelganda shuni ham eslatib o`tish lozimki, absolyut qora jismning nurlanishini tushuntiruvchi Plank formulasi kvant mexaniqasining va lazerlar fizikasining yuzaga chiqishiga, yuksalishiga juda katta hissa qo`shdi.
1925— 1926 yillarda turli millat fizik olimlarining bir guruhi kvant mexaniqasini yaratdi. Bu fan yorug`likning atom va molekulalar bilan o`zaro ta’sirini ifodalash uchun zarur bo`lganda nazariy bazani yaratdi.
1927 yilda mashhur ingliz fizigi P. Dirak nurlanishning kvant nazariyasini yaratdi. Dirak yorug`likning nurlanish nazariyasida Eynshteynning spontan va indutsirli nurlanishi kabi gipotezalari xaqiqatdan ham mavjudligini va o`sha hodisalarning asosiy xususiyatlarini qat’iy isbotladi. Dirak majburiy nurlanishdan

hosil bo‘lgan fotonning uyg`ongan atomni majburiy nurlantiruvchi tashqi foton bilan mutlaqo bir xil xarakteristikaga ega ekanligini, ya’ni fotonlarning yo`nalishi. energiyasi yoki nurlanish chastotasi va qutblanishlari aynan bir xil ekanligini isbotladi. Kvant elektronikasi, xususan lazerlar, moddalarning majburiy nurlanishdan hosil bo`lgan fotonlarnnng shu moddalarga tashqaridan to`shayotgan fotonlarga aynan o`xshashligiga asoslangandir.
Shunday qilib, Dirak kvant elektronikasini yuzaga keltiradigan fizikaning poydevorini qurib bitkazgan edi.
Lazer bu kogerent yorug`lik manbaidir. “Kogerentlik” degan so`z atomlar, molekulalar oddiy kvant nurlanuvchilari bo`lib, ular chiqargan kvantlar xarakteristik jihatdan aynan bir hildir. Ular hamohang, o‘zaro birdamlik ravishda nur chiqaradi. Lekin odatda molekulalar termodinamik muvozanatda turadi, ya’ni modda tarkibidagi atom yoki molekulalarning ko`pchilik soni yorug`likni yutuvchi bo`lib, kam qismi nurlanuvchidir. Nurlanuvchi atomlarning tarkibida majburiy nurlanuvchi atomlar juda xam kam va majburiy nurlanishni ko‘rish juda qiyin. Shu tufayli 30- yillarga kelib, moddada termodinamik muvozanatsizlik hosil bo`lsa, ya’ni uyg`ongan atomlar soni uyg`onmagan atomlar sonidan oshirilsa, nurlanish jarayoni mutlaqo o‘zgaradi degan fikrlar paydo bo‘ldi.
Shaxsan professor V A. Fabrikant 1939 yillarda gazlarda razryad hosil qilib va gazorazryad orqali yorug`lik o`tganda kuchayishini ham tajribada kuzatdi. Yorug`likning kuchayishi majburiy nurlanish tufayli bo`lishi aniqlandi.
Ulug` Vatan urushi yillarida radiolokatsiya (turli ob’ektlarni radiotexnika qurilmasi yordamida topish, uning o`rnatilgan joyini va koordinatasini aniqlash) jadal sur’atlar bilan rivoj topdi. Bu radiotexnika fanining ilk qadamlari bo`lib, u radiogeneratorlarning quvvatini va sezgirligini oshirish hamda qisqa elektromagnit to`lqinlar bilan ishlaydigan asboblarni yaratish ustida ish olib bordi. UYUCH radio to`lqinlari diapazonida ishlaydigan generatorlar yaratildi va generatorlar yordamida molekulalarning ryadiodiapazonida joylashgan elektromagnit to`lqinlarning yutilish spektrini o`rganish yo`lga qo`yildi. Natijada radiospektroskopiya fani paydo bo`ldi va kvant mexaniqasi molekulalarning radiodiapazonida joylashgan yutilish spektrini kamchiliksiz tushuntira boshladi.
Radiospektroskopiya bilan shugullanuvchi olimlar qo‘lida spektral ravshanligi juda katta bo`lgan elektromagnit to`lqinni chiqaruvchi manba paydo bo`ldi. Optika diapazonida hali bunday kuchli yorug`lik manbai yo`k edi. Radiodiapazonida spontan nurlanishning imkoniyati juda kichik bo`lib, radio to`lqinlarning molekulalar bilan o‘zaro ta’sirida majburiy energetik o`tishlar asosiy hal qiluvchi vazifani bajaradi. Olimlar birinchi marta Eynshteyn aynan molekulalar tomonidan majburiy yutilishi bilan bir qatorda, uyg‘ongan molekulalarning majburiy nurlanishini kuzatdi. Tajribada mo¬lekulalar dastasini hosil qilib bir jinsli
bo`lmagan elektr maydonida molekulalarning kvant holatiga ko`ra saralash imkoni yaratildi. Ana shu ilmiy tekshirishlar asosida sovet olimlaridan N. G. Basov, A. M. Proxorov va ular bilan bir vaqtda amerikalik professor CH. Tauns 1954—1955 yillarda molekulyar generatori mazer asbobini yaratdilar. Mazer uyg`ongan molekulalarni tayyorlashga va u molekulalarning hajmiy rezonatorda majburiy energiya nurlanishiga asoslangandir. Natijada mikro to`lqinli (radiodiapazonidagi) kvant elektronikasi paydo bo‘ldi. Olimlar oldidagi endigi vazifa radio diapazonida ishlaydigan mazerning prinsipini qanday qilib optika diapazoniga tatbiq qilishdan va optikaga ko`chirishdan iborat bo‘lib qoldi. Bu muammoni birinchi bo`lib akademik A. M. Proxorov hal qildi va u 1958 yilda Fabri-Pero interferometrini ochiq optik rezonator sifatida foydalanish mumkinligini nazariy jihatdan isbotladi va amalda lazerning ishlash jarayonini taklif qildi. Tezda 1960 — 1961 yillarda optik mazer, ya’ni lazer yaratildi.
Shunday qilib, kvant elektronikasi yaratildi va o‘shandan boshlab kvant elektronikasi gurkirab rivoj topmoqda.

Xulosalar:

1. 
   Kvant elektronikasi fani zamonaviy fizikaning eng asosiy yo‘nalishidir.
   
2. 
   Optik diapozondan rentgen va gamma nurlar sohasiga o‘tish kvant elekronikasining asosiy maqsadidir.