9-mavzu: ko’p sathli sistemalarda nurlanish

Kurs ishi maqsadi. Bu jarayonlarning o'rganilishidan asosiy maqsadimiz bu sohaga tegishli bo'lgan lazer fizikasi yoki to'lqinlar tarqalish statistikalari va yana qo'shimcha sifatida fazoviy bir qator jarayonlarning o'rganilishiga va bu sohani o'rganishda hosil bo'layotgan bir qator muammolarga yechim topishdan iboratdir.

Kurs ishi vazifasi.
1.,,Ko’p sathli sistemalarda nurlanish" mavzusiga doir ma'lumotlar yig'ish.
2. ,,Ko’p sathli sistemalarda nurlanish " ning ilmiy metodik tahlili va o'qitish metodikasini o'rganish.
3. ,,Ko’p sathli sistemalarda nurlanish " ni qiyinchiliksiz tushuntirish va o'rgatish maqsadida dars ishlanmasi ishlab chiqish
II.1 Lazerlar haqida umumiy ma’lumot
Kvant generatorlarining yorug‘lik nurlari chiqaruvchilari optik kvant generator yoki lazer nomini olgan. Lazer so‘zi inglizcha “Light amplification by stimulated emission ofradiation ” so‘zlarining bosh harflaridan tuzilgan qisqartirilgan nom bo‘lib majburiy nurlanish vositasida yorug’lik nurlanishini kuchaytirish, degan ma’noni bildiradi.
Faol muhit turiga qarab lazer qurilmalari qattiq jismli, suyuqlikli, gazli, yarimo’tkazgichli va bo’yoq moddali lazerlar ko’rinishida bo’ladi.
Muhitni g’alayonlangan (uyg’ongan, qo’zg’algan) holatga keltirish (aktivlashtirish) qo’zg’atuvchi qurilma yordamida “qo’zg’otib” amalga oshiriladi. Qattiq jismli lazerlarda qo’zg’atish yoki “optik tazyiq” kuchli yorug’lik yordamida bajariladi. Gazli lazerlar elektr razryadi (uchqun)dan foydalaniladi. yarimo’tkazgichli lazerlar faol muhit ishchi qismi p-n o’tish orqali elektronlar oqimi (elektr toki) ni o’tkazishga asoslanib ishlaydi. Invers bandli muhit nurlanishi intensivligini oshirishda rezonatorlar (ikkita yaqin shaffof ko’zgular) dan foydalaniladi.
Tarqalayotgan fotonlarning faol muhit orqali ko’p marta o’tishi rezonator yordamida amalga oshiriladi. Lazerlarda ular tutib qoluvchi va kuchaytiruvchi vazifasini bajaradi.
Lazerlarning ish jarayonini 3 yoki 4 sathli modelda ko’rsatish mumkin. Uch sathli generatorlarda “lazer nurlanish” elektronlarning invers joylashishi asosida sath bilan “uyg’ongan” sathlarning birortasi orasida, to’rt sathli generatorlarda esa ikkita “uyg’ongan” sathlar orasida ro’y beradi. Uch sathli sxema bilan ishlaydigan lazerlarga yoqut (rubin) lazeri misol bo’la oladi. Bu guruhga kirgan xrom , samariy , uran , neodim va boshqa elementlardan tuzilgan lazerlar kiradi. Rubin (yoqut) lazerda 0,05% gacha xrom ionlari qo’shilgan alyuminiy oksid dan tayyorlangan kristall ishlatiladi. Lazerlarda asoslari parallel bo’lgan silindrik sterjen ishlatiladi. Impulsli lampadan chiquvchi yorug’lik faol muhitda tebranish hosil qiladi. Lazer nurlanishini hosil qilishda bir nechaming joulgacha energiyali zaryadlangan kondensatorlar batareyasi lampa orqali razryadlanadi. Lampa qisqa muddatlar yorug’lik oqimi bilan yoqut o’qini yoritadi. Impulsli lampaning kuchli yorug’lik oqimi yoqutga tushganda, xrom ionlari lampadan chiqayotgan nuolanish spektrining yashil va sariq qismlarini yutib, “uyg’ongan” holatga, ya’ni uchinchi energetik sathga o’tadi. Xrom ionlari qisqa vaqt turgach, spontan holda nurlanishsiz ikkinchi (metastabil) holatga o’tadi. bu nurlanishga tayyor faol muhitni hosil qiladi. Lampa nurlanishidan turtki olib, lazer nurlanishi hosil qilinadi. Lazerning nurlanish quvvati 2 Kvtgacha etadi. Uning foydali ish koeffitsienti 0,1-10% ni tashkil etadi.
Suyuqlikli lazerlar organik bo’yagichlar eritmasida ishlaydigan lazerlardir. Bu lazerlarda “optik tazyiq” ni yoqutli lazer yoki neodim shishali lazer bajaradi. Bo’yagich moddalarning ko’p turi (~100) mavjud ekanidan lazer nuri chastotasi turli bo’ladi.
Gazli lazerlarda faol muhit sof gaz yoki gazlar aralashmasidan iborat bo’ladi. Geliy-neonli lazer bunga misol bo’la oladi. Gaz arlashmasi elektr razr-yadi bilan “uyg’ongan” holatga keltiriladi. Bu lazer rezonatori gazli nay o’qiga tik joylashtiriladi. Bu lazer nurlanishi mkm bo’lgan kogerent to’lqindir yoki mkm infraqizil nurni generatsiyalaydi.
Yarimo’tkazgichli lazerlarda faol muhit p-n o’tishli yarimo’tkazgichdir. yarimo’tkazgichli lazerlarda faol muhit optiq tazyiq va elektr toki ta’sirida uyg’ongan holatga keltiriladi. yarimo’tkazgichli diod qalinligi 0,1 mm va yuzasi bir necha mm² bo’lgan kristall plastinkadan iborat. Plastinkaning ikki tomoniga elektrodlar ulanadi. Bu lazerlar nurlanish diapazoni infraqizildan ultrabinafshagacha bo’lishi mumkin. Bu lazerlar tuzilishi sodda, o’lchamlari kichik va uzoq vaqt davomida ishlaydi.
Ionli va kimyoviy lazerlar ham gazli lazerlar hisoblanadi. Ionli lazerlarda faol muhit ionlar bo’lsa, kimyoviy lazerlarda esa kimyoviy reaksiya natijasida uyg’ongan holatga o’tgan atomlar bo’ladi.
Nemis fizik olimi A.Eynshteyn 1916-yili kvant tushunchalari asosida yorug'likning yutilishi yoki nurlanishi biror energetik holatdan boshqa energetik holatga o‘tishda majburiy nurlanish jarayoni bo’lishi mumkinligi to‘g‘risida o‘zining fikrini aytib, emperik formula tavsiya etadi. A. Eynshteyn taxminiga ko‘ra atomning uyg‘ongan holatdan asosiy holatga o‘tishida nur chiqarishi ikki usul bilan, o‘z - o‘zidan va majburiy nurlanish vositasida yuz berishi mumkin.
Yorug’lik nurlari uchun majburiy nurlanish o‘z - o‘zidan nurlanishga nisbatan juda kuchsiz bo‘lgani uchun uni asosiy nurlanishdan deyarli ajratib bo‘lmaydi. Shuning uchun majburiy nurlanish dastlab o‘ta yuqori chastotali (O'YUCH) to‘lqinlar bilan tajriba olib borishda kuzatilgan. 1954-yiI N.G.Basov, A.M.Proxorov va Ch.X.Tauns tomonidan molekular kvant generator (mazer) yaratildi. Mazer - yuqori yo‘nalganlikka ega bo’lgan o‘zgarmas aniq chastotada quvvatli kogerent elektromagnit nurlanish hosil qiluvchi qurilmadir. Mazerning ishlashi ammiak molekulalarining majburiy nurlanishiga asoslangan. Bunda ammiak molekulalarining 24 Ggs chastotada kogerent nurlanish xususiyatiga ega bo’lishi kuzatilgan. Optik to‘qinlari oralig‘ida majburiy nurlanishni chiqaradigan mazerlami - lazerlar deyiladi. 1964-yili kvant elektronika sohasiga tegishli fundamental tadqiqotlar uchun Rossiya olimlari N'.GJBasov va A.M.Proxorov hamda amerikalik olim Ch.X.Tauns Nobel mukofotiga sazovor bo’lishgan. T.G.Meyman tomonidan amalda birinchi marta lazer nuri olingan bo‘lsa, hozirgi vaqtda, ham quvvat jihatidan, ham spektrning ishchi sohasi bo‘yicha monoxromatik lazerlar yaratildiki, ular mazkur fan sohasida bo‘layotgan ulkan rivojlanishdan dalolat beradi.
Agar jismlar ma’lum darajada musbat haroratga ega bo‘lsa, ular tashqi muhitga nurlanish tarqatadi. Bu nurlanish ham yorug‘lik nuri kabi elektromagnit hodisalariga kiradi. Issiqlik nurlanishi intensivligi nurni chiqaruvchi jism haroratiga bog‘liq. To‘lqin uzunligi har qanday qiymatga ega bo‘lgan elektromagnit nurlanish modda tarkibidagi elektr zaryadlarining, ya’ni elektron va ionlaming tebranishlari oqibatida vujudga keladi. Moddani tashkil etgan ionlaming tebranishlaridan past chastotali nurlanish paydo bo‘ladi, chunki ionlaming massalari katta bo‘lib, tebranish chastotasi elektronlamikidan kichik bo‘ladi. Elektronlar tebranishidan hosil bo‘lgan nurlanish yuqori chastotali bo‘ladi. Infraqizil va ultrabinafsha nurlanishlami hosil qilish xuddi shu asosda tushuntiriladi. Tabiatda eng ko‘p uchraydigan nurlanish - bu issiqlik nurlanshidir. Jismning faqat haroratiga bog‘liq bo‘lgan nurlanishni issiqlik nurlanishi deyiladi.
Agar bir necha jism issiqlikdan himoya qilingan sistema ichida joylashgan bo‘lsa, ular issiqlik energiyasi nurlanishi va issiqlik energiyasi yutish natijasida o‘zaro termodinamik muvozanatda bo‘ladi. Bu hol uchun P.Prevo (shvetsariyalik olim) qoidasi o‘rinli bo'ladi. Bu qoida quyidagicha ta’riflanadi: termodinamik muvozanatda bo‘lgan ikki jism har xil miqdorga ega bo’lgan energiyani yutsa, ularni issiqlik nurlanishi intensivligi ham har xil bo ‘ladi