2 – Маьруза. Оптик нурланишнинг асосий хусусиятлари ва параметрлари

2 – Маьруза. Оптик нурланишнинг асосий хусусиятлари ва параметрлари

Оптик нурланиш-бу тўлқин узунлиги λ=0.1-1000мкм оралиғидан бўлган электромагнит нурланиш ҳисобланади.

Оптик нурланишнинг 3та спектирга ажратишимиз мумкин:

1. 
   Ултрабинафша нурланиш λ=1нм – 0.38мкм ѵ=10¹⁵-10¹⁷ Гц
   
2. 
   Кўринувчи нурлар λ=0.38мкм – 0.78мкм ѵ=10¹⁵ Гц
   
3. 
   Инфрақизил нурланиш λ=0.78мкм – 1000мкм ѵ=10¹²-10¹⁵ Гц
   

Ёруғликнинг тебраниши.

Оптоэлектроникани асосий қисмини икки гуруҳдаги ёруғлик нури чиқарувчи асбоблар ташкил қилади.

4. 
   Когерент нурлар чиқарувчи оптик генераторлар (лазерлар) ичида кўпроқ қўлланиладиган ярим ўтказгичлардир.
   
5. 
   Ёруғлик нури чиқарувчи диодлар. Бу диодлар вулқонли инжекцион люминафорлардир, электролюминисентлардир.
   

Ёруғлик нурининг когерентлиги

Когарент тўлқинлар-бир хил частоталарга, доимий фазалар фарқига эга бўлган тўлқин бўлиб, ундаги тебранишлар битта текисликда юз беради.

Ёруғлик нурининг когерентлиги, генерацияланаётган манбанинг юқори хусусиятларидан биридир. Реал нур қўзғалган атомлардан чиқиб бир-бирига қўшилган тўлқинлардан иборатдир. Айни пайтда нурланиш хар бири (1.1) тенгсизлик билан ифодалансада, унинг асосий оқимининг математик ёзилиши турлича бўлиши мумкин. Бу икки кўриниш қизиқарли ва мухимдир.

Шартли равишда яна бир атом бир-бирига боғлиқмас ҳолатда бўлиб, нурланишни чиқараяпти деб ҳисобласак, уларнинг характеристикалари (- бошланғич фаза, ҳисоблаш бошланиш вақти t (тенгламадаги) ва вектор йўналиши ҳамма оцилляторлар учун турличадир. Бу ҳолатда биз когерент бўлмаган нурлар билан иш кўряпмиз деб тасаввур қиламиз ва бу ўз навбатида радио тўлқинлар шовқинига мос тушади.

Агарда ҳар бир атом манбаи нурланиши, келишилган вақт бўйича тебранса, у ҳолда қўшилган характеристикалар бир хилда бўлади ва бу нурланиш когерент нурланиш деб аталади. Бу ҳолатда ҳамма асосий нурланишлар оқими (1.1) тенглама билан ифодаланади.

Когерент нурлари манбаи сифатида лазаерлар ишлатидади. Айнан лазерлар когерент нурлар беради, қолган манбалар когерент бўлмаган нурлар тарқатади. Когерент нурлар қўшилганда интерференция ходисаси рўй беради. Яъни нурлар кучайиши ҳамда сўниши мумкин. Икки тўлқин нури учун (, , ва , ) натижавий амплитуда =││дан││гача ўзгариш мум-кин.

Когерент бўлмаган нурлар оқимида интерфенцион тасвир бўлмайди, ёруғлик оқими интенсивлиги (қувватлари) йиғиндисига тенг, яъни . Эслатиш лозимки, ёруғлик нури қуввати Р_нур тўлқин амплитудаси билан боғлиқ боғланиш Р_нур кўринишда бўлади.

Ёруғлик нурларининг муҳитда тарқалишида дифракцион ходисалар муҳим роль ўйнайди. Когерент нурлар (паралел нурлар) ҳам муҳитда тарқалиб, сочилиб кетиш хусусиятига эга. Бу ҳолатда бурчакли нурлар сочилиши=га яқин бўлади. Бундан D - апертура (нур диаметри). Дифракцион ҳодиса бўлгани учун оптик системеларнинг имконият чегарасини билан ўлчаш имконияти бор. Юза бўйича ахборотни ёруғлик билан ёзиш зичлиги дан юқори бўла олмайди (дифракцион чегара дейилади).

Эслатиб ўтиш мумкинки, когерент нурлар фазалари фарқи доимий. Уни секин ўзгартириб борсак, когерентли вақти деган сўз (фазалар силжиши фарқи га ўтиш), хамда когерентлик узунлиги L_ког=(c/п) деган сўз киритилади. Когерентлик узунлиги, нурланишнинг спектр кенглигидан аниқланади (): L_ког ≈ с/n Δ /n ва турли манбалар учун ≈ 1 мкм (қуёш нурида) ва (лазер нурида) бўлади. Таққослаш учун  L_ког ≈ 10⁴ км. Фронт бўйлаб тўлқин фазаларининг доимийлиги муҳитли когерентлиги билан аниқланади. V_ког. Ёруғлик оқимининг интерференцион тасвирни олиш учун яроқлиги V_ког, Р_нур кўпайтма билан аниқланади. Бунда V_ког- “когеренлик хажми”; у V_ког L_ког = (с/n) _ког тенгламадан топилади. Демак, ёруғлик манбаининг аниқ характерлаш ёрдамида у ёки бу юқори ёки паст “когерентлик” дейиш мумкин. Ёруғлик нури тебраниши иссиқлик ёки люминиценсиясининг бирон бир тури асосида ҳосил қилинади. Қора жисмнинг чиқарувчи нурининг спектрал зичлиги маълум T ҳароратда Планк формуласи билан аниқланади:

f()=]-1

бу ерда, k – Больцьман доимийси. Ўта юқори (Т ) ҳароратларда иссиқлик остида чиқувчи нурнинг спектри маълум қисми спектрларнинг маълум кўриниш қисмига мос келади. Айниқса кўп қисми катта тўлқин узунлигига тўғри келади (1.2 – расм). Спектрнинг максимум қийматларда. Планк формуласи қуйидаги қийматларда тўғри келади. λ_мах  () 1.3* , бунда (мкм), Т, (К), f, (вт/).

1.2. – расм. Абсолют қора жисмнинг нурланиш спектори (Эгри чизиқлар мос равишда T = 300 K ва T= 6000 K да инсон ва Қуёш нурланишини тавсифлайди)

Люминесценция ҳолати бу маълум ҳароратдаги иссиқлик нурланишининг қувватидир, кучайишидир. Бу ҳолат нур чиқарувчининг уйғотилган ҳолатидан кейин маълум вақтгача сақланиб (“совуқ” ёруғлик деб юритилади) қолади. Люминесценция ташқи таъсир майдон натижасида модда баъзи электронлар пастки энергетик қисмдан, юқори қисмга ўтади, сўнг метастабиль сатҳда ₂ бўлади. (1.3. – а расм) Электронларнинг _2 сатҳдан _1 қайтишида фотон ажралиб чиқади. У ажралиб чиққан фотонинг тўлқин узунлиги қуйидаги тенглик билан аниқланади.

=1.23/( - ) (1.3)

бу ерда, мкм: , эВ ўлчанади.

1.3. – расм. Уч табақали (a) va тўрт табақали (b) люминесценцияли жисмда сиэнергетик ўтишлар схемаси

Амалий жиҳатдан, уч сатҳли системадан ташқари тўрт сатҳли система катта аҳамиятга эга. Тўрт сатҳли системеда (1.3. – б расм) иккала ва сатҳлар метостабил ҳисобланади. Люминесценцияни физикасини ўрганиш икки ахамиятли хусусиятини олдиндан айтиб беради: бу хусусиятларга нурланишнинг қисқа (тор) қисмини аниқланиши, ҳамда уйғотишнинг кўп хил усуллари киради. Оптоэлектроникада асосан электролюминесценция, ҳамда фото ва катодолюминесценция ишлатилади.

Электронларнинг сатҳдан сатҳга ўтиши хар ҳил бўлиши мумкин. Агарда нурланувчи атом уйғотилган ҳолатдан тинчланиш ҳолатига ўтса, у ҳолда фотоннинг чиқиши ва йўналиши вектори поляризацияси тасодифий деб қаралади. Натижавий қиймати ўртача статик қиймати билан характерланади. Бу ҳолатда когерент бўлмаган нурланиш билан иш кўрилаяпти дейилади. Агарда люминесценция мухитининг ўйғотилган ҳолатидаги атомларига, резонанс частоталарига мос, ёруғлик тўлқини мос частоталари билан таъсир этса, у ҳолда уйғотилган атомлар дан сатҳга ўтиш жараёнида бир вақтнинг ўзида бир – бирига боғланган ҳолда нурланиш чиқаради. Бу тебранишдан чиққан фотонлар, тебранишни ҳосил қилган фотонлардан фарқ қилмайди. Бу ҳолатдаги нурланиш мажбурий когерент, стимулланган нурланиш деб аталади.

Саволлар

1. 
   Оптик қандай ёритгичлар мавжуд
   
2. 
   Оптик ёритгичлар қандай материаллардан тайёрланади
   
3. 
   Когерент нурлар деб қандай нурларга айтилади
   
4. 
   Нокогерент нурлар деб қандай нурларга айтилади
   
5. 
   Ёруғлик генерацияси қандай ҳосил қилинади
   
6. 
   Люминесценция ҳодисаси деб нимага айтилади