2-мавзу: Спонтан мажбурий ва индуцирланган нурланиш. Лазерлар

5. Оптик детекторлаш

Ҳисоблашлар шуни кўрсатадики, квадратик ночизиқли муҳитда, кучли ёруғлик тўлқини таъсирида ёруғлик интенсивлигига катталиги пропорционал бўлган доимий қутбланиш вужудга келиши керак. Бу эффект оптик детекторлаш ёки ёруғликнинг тўғриланиши дейилади. Ўз навбатида доимий қутбланиш муҳитда доимий электр майдонининг пайдо бўлишига олиб келади. Бу электр майдони қайд қилиниши ва ўлчаниши мумкин.

19.4-rasm.
19.4-расмда оптик детекторлашни кварц кристаллида кузатишнинг схемаси тасвирланган. Ёқут лазерининг ёруғлик дастаси электр конденсатор ичига жойлаштирилган кварцга тушади. Детекторлаш эффекти туфайли лазернинг ёруғлик импульси конденсатор занжирида электр токи импульсини уйғотади. Бундай тажрибаларни турли хил муҳитларнинг квадратик оптик ночизиқлилигини аниқлаш учун қўллаш мумкин.
1. Атомларнинг квант ҳоссалари. Бор постулатлари

Узоқ тарихдан маълумки, бизнинг онгимиздан ташқарида яшаётган объектив борлиқ, яъни материя атомлардан ташкил топган. Ўша даврдан атомга материянинг бўлинмас энг кичик зарраси деб қаралган эди. Шунинг учун ҳам атом грекча «атомос» сўзидан олинган бўлиб, «бўлинмас» деган маънони англатади.

Атомнинг тузилиши ҳақидаги биринчи атом моделини 1904 йилда инглиз олими Ж.Ж.Томсон (1856-1940) яратди. Бу моделга биноан атом шар шаклида бўлиб, унинг бутун ҳажмида зарядлар бир текис тақсимланган. Шу мусбат зарядлар орасида электронлар ҳам жойлашган бўлиб, уларнинг сони мусбат зарядлар сонига тенг бўгани учун атом нейтрал ҳисобланади. Электрон мувозанат вазиятидан силжиганда уни мувозант вазиятига қайтарувчи эластик кучга ўхшаш куч ҳосил бўлади. Шу куч таъсирида электрон гармони к тебранма ҳаракат қилади. Максвелл электромагнит тўлқин назариясига асосан электрон атомда тебранма ҳаракат қилгани учун атом монохроматик электромагнит тўлқин сочади.
Бу электромагнит тўлқин частотаси электроннинг тебраниш частотасига тўғри келади. Томсон шу атом модели билан атомнинг нурланиш спектри чизиқли бўлишини тушунтириб берди. Г.Н.Лоренц, Томсоннинг бу атом модели асосида ёруғлик дисперсиясининг электрон назариясини яратди. Бу назария нормал ва аномал дисперсияларини тушунтириб берди. Ўз вақтида Томсон модели физикада муҳим роль ўйнайди. Аммо бу модель узоқ яшамади.
Инглиз олими Резерфорднинг радиоактив моддалардан чиқувчи - заррачаларини юпқа метал қатламидан ўтганда сочилишини ўрганиб, 1911 йилда атом тузилишининг янги моделини яратди. Резерфорд атом тузилишини қуйидагича фараз қилди: атомнинг ниҳоят кичик соҳасида мусбат заряд жойлашган, унинг атрофидаги атомнинг барча соҳаси эса манфий зарядли электронлар булутидан иборат бўлиб, бу электронларнинг тўлиқ заряди мусбат зарядга миқдоран тенг.
Резерфорд юқоридаги тажриба натижалари асосида атомнинг ядро моделини яратди. Бу моделга биноан атом марказида мусбат зарядланган ядро («мағиз» деган маънони англатади) жойлашган. Ядро билан электронлар ўзаро таъсирлашиши натижасида электронлар ядро атрофида айлана шаклидаги орбиталар бўйлаб айланма ҳаракат қиладилар. Ядро кучлари майдони марказга интилма куч вазифасини бажаради. Ядро атрофида айланаётган электрон учун Ньютоннинг III қонуни қуйидаги кўринишда ёзилади:
(27.1)
бу ерда – электроннинг орбитадаги тезлиги, – электроннинг массаси, – электрон заряди, – орбита радиуси, =8,8510^-12 Ф/м – электр доимий. Электронларнинг умумий заряди, ядродаги мусбат зарядларнинг умумий зарядига тенг бўлгани учун атом электр зарядига эга эмас.
Резерфорд тажрибага ва атом ядро моделига асосланиб атом зарядини ва ўлчамини аниқлашга муваффақ бўлди. Ядронинг заряди электрон зарядига каррали бўлиб,
(27.2)
эканлиги аниқланди. Бу ерда – элементнинг Менделеев даврий системасидаги тартиб рақами. Резерфорд ана шу нарсага аниқлик киритадики, элементнинг даврий системадаги ўрни Менделеев кўрсатганидек, унинг атом массаси билан эмас, балки ядро заряди билан аниқланади. Резерфорд айрим элементларнинг даврий системадаги ўрнига тузатишлар киритди, яъни уларнинг тартиб рақамларини ўзгартиради. Резерфорд тадқиқотлари ядро ўлчами (10^-13 см) ни аниқлашга имкон берди.
Аммо атом тузилиши тўғрисидаги Резерфорд модели классик физика қонунлари доирасида жойлашмайди. Бу модель ядро атрофида айланаётган электроннинг орбитаси нима сабабдан турғун эканлигига ҳам жавоб бера олмайди. Атом сочилаётган ёруғлик спектри ҳам узлуксиз бўлмай, балки чизиқлидир. Даниялик физик Нильс Бор М.Планкнинг квант энергияси ҳақидаги таълимотини ва тажрибада кузатилган водород атоми спектрал серияларини ўрганиб, атом тузилишининг янги назариясини яратди.
Атомнинг энергетик ҳолатларининг дискретлиги тўғрисидаги тасавввурга таяниб, Н.Бор 1913 йилда Резерфорднинг атом моделига ўша вақтда тажрибада кузатилган водород атоми спектри ва нурланиш кванти тушунчаларини моҳирлик билан умумлаштириб, атомнинг янги назариясини яратди. Бор ўзининг атом назариясига исботсиз қабул қилинувчи уч постулатни асос қилиб олди. Бу постулатлар қуйидагича таърифланади.
I постулат. Атом етарлича узоқ вақт турғун ҳолатларда бўлиши мумкин, бу ҳолатлардаги атом энегргиясининг қийматлари , , , ..., дискрет қаторни ташкил этади. Атом ана шу турғун ҳолатларини бирида бўлиши мумкин холос. Атомнинг турғун ҳолатига электроннинг турғун орбиталарда айланиши мос келади. Электронлар турғун орбиталарда айланганда атом ёруғлик сочмайди ва ютмайди.
II постулат. Атомдаги электрон ихтиёрий орбиталар бўйлаб айланмасдан импульс моменти Планк доимийсига каррали бўлган орбиталар бўйлаб айланадилар:
(27.3)
бу ерда =1, 2, 3, ..., қийматларни олади ва электрон орбитасининг тартиб рақамини билдиради, – -орбита радиуси, =1,05510^-34 Жс.
III постулат. Атом энергияси бўлган бир турғун ҳолатдан энергияси бўлган иккинчи турғун ҳолатга ўтганда энергиянинг битта кванти чиқарилади ёки ютилади. Бу квантнинг частотаси қуйидаги
(27.4)
муносабат билан аниқланади. < шарт бажарилса, квант нурлантирилади, > бўлганда эса квант ютилади.
Электрон юқори орбитадан қуйи орбитага тушса, атом ёруғлик кванти сочади. Электрон куйи орбитадан юқори орбитага чиқиши учун эса ташқаридан ёруғлик кванти ютади.