Bob Lazerlar haqida umumiy ma`lumot Lazerlar haqida malumot

Mundarija:
Kirish

1. 
   Bob Lazerlar haqida umumiy ma`lumot
   
   1. 
      Lazerlar haqida malumot
      
   2. 
      Lazerlarning ishlash prinsipi
      
2. 
   Bob Gaz lazerlari
   
   1. 
      Gaz lazerlari
      
   2. 
      CO₂ lazeri
      
   3. 
      Geliy-neon lazeri
      

Xulosa
Foydalan foydalanilgan adabiyotlar

Kirish
Lazerlar yoki optik kvant generatorlari kogerent nurlanishning zamonaviy manbalari hisoblanadi. Ularning yaratilishi XX asr fizikasining eng muhim yutuqlaridan biri edi. Lazerlar fanning deyarli barcha sohalarida, shuningdek, texnologiya, tibbiyot va harbiy ishlarda juda keng qo'llanilishini topdi.

Keling, tarixga biroz to'xtalib o'tamiz:
20-asrning boshlarida rag'batlantirilgan emissiyani kuzatish uchun gaz chiqindilarini tekshirish g'oyasi hech kimning xayoliga kelmagan - chunki olimlar hali uning mavjudligiga shubha qilmaganlar.
1913-yilda Albert Eynshteyn yulduzlarning ichki qismida nurlanishni majburlash fotonlari taʼsirida hosil boʻlishi mumkinligi haqida faraz qildi. 1917 yilda nashr etilgan "Nurlanishning kvant nazariyasi" nomli klassik maqolasida Eynshteyn nafaqat bunday nurlanishning mavjudligi haqida xulosa chiqardi. umumiy tamoyillar kvant mexanikasi va termodinamika, balki u bir xil yo'nalish, to'lqin uzunligi, faza va qutblanishga ega ekanligini, ya'ni harakatlantiruvchi nurlanishga kogerent ekanligini isbotladi. Va o'n yil o'tgach, Pol Dirak bu xulosalarni qat'iy asoslab berdi va umumlashtirdi.
Birinchi tajribalar.
Nazariychilarning mehnati e’tibordan chetda qolmadi. 1928 yilda institutning atom fizikasi bo'limi direktori Rudolf Ladenburg fizik kimyo va Kaiser Vilgelm jamiyatining elektrokimyosi va uning shogirdi Hans Kopfermann neon naychalari bilan tajribalarda populyatsiya inversiyasini eksperimental ravishda kuzatdilar. Ammo stimulyatsiya qilingan emissiya juda zaif edi va uni spontan emissiya fonida ajratish qiyin edi.
Lazerni yaratishga urinishlardan biri rag'batlantirilgan emissiya yordamida optik signallarni kuchaytirish bilan bog'liq jiddiy ish edi. Bu asar moskvalik Valentin Fabrikantning 1940 yilda nashr etilgan doktorlik dissertatsiyasi edi. 1951 yilda V.A. Fabrikant, F.A. Butaeva va M.M. Vudinskiy aholi inversiyasi bilan muhitdan foydalanishga asoslangan elektromagnit nurlanishni kuchaytirishning yangi usulini ixtiro qilish uchun ariza topshirdi. Afsuski, bu ish atigi 8 yil o'tgach nashr etildi va uni kam odam payqadi va ishlaydigan optik kuchaytirgichni qurishga urinishlar samarasiz bo'lib chiqdi. Buning sababi rezonatorning yo'qligi edi.
Lazerni yaratish yo'lini optiklar emas, balki radiofiziklar topdilar, ular uzoq vaqt davomida rezonatorlar va qayta aloqa yordamida elektromagnit tebranishlarning generatorlari va kuchaytirgichlarini qurishga muvaffaq bo'lishdi. Kogerent nurlanishning birinchi kvant generatorlarini faqat yorug'lik emas, balki mikroto'lqinli pechni loyihalash aynan ular uchun mo'ljallangan edi.
Bunday generatorni yaratish imkoniyati birinchi marta Kolumbiya universitetining fizika professori Charlz Tauns tomonidan amalga oshirilgan. U bir necha energiya darajasiga ega bo'lgan molekulalar nuridan foydalanib, mikroto'lqinli generatorni qurish mumkinligini tushundi. Buning uchun ular elektrostatik maydonlar bilan ajralib turishi va qo'zg'atilgan molekulalar nurini metall bo'shliqqa olib kirishlari kerak, u erda ular elektromagnit to'lqinlarni chiqaradigan pastki darajaga o'tadi. Ushbu bo'shliq rezonator sifatida ishlashi uchun uning chiziqli o'lchamlari chiqarilgan to'lqinlarning uzunligiga teng bo'lishi kerak. Tauns bu fikrni aspirant Jeyms Gordon va tadqiqotchi Gerbert Zayger bilan o'rtoqlashdi. Muhit roli uchun ular ammiakni tanladilar, uning molekulalari qo'zg'aluvchan tebranish darajasidan erga o'tishda 12,6 mm uzunlikdagi to'lqinlarni chiqaradi. 1954 yil aprel oyida Taunes va Gordon dunyodagi birinchi mikroto'lqinli kvant generatorini ishga tushirdilar. Townes bu qurilmani maser deb atagan.

1. 
   Bob Lazerlar haqida umumiy ma`lumot
   

1. 
   Lazerlar haqida malumot
   

"Lazer" atamasi nisbatan yaqinda paydo bo'lgan, ammo u uzoq vaqt oldin mavjud bo'lganga o'xshaydi, shuning uchun u keng qo'llanila boshlandi. Lazerlarning paydo bo'lishi kvant elektronikasining eng ajoyib va ​​ta'sirchan yutuqlaridan biri bo'lib, fanning 1950-yillarning o'rtalarida paydo bo'lgan tubdan yangi yo'nalishdir. Lazer (inglizcha laser, inglizcha laser, inglizcha yorug'likni kuchaytirish orqali radiatsiya stimulyatsiyasi - nurni kuchaytirish orqali nurlanish stimulyatsiya qilingan nurlanish), optik kvant generatori nasos energiyasini (yorug'lik, elektr, issiqlik, kimyoviy va boshqalar) ga aylantiruvchi qurilma. kogerent energiya, monoxromatik, qutblangan va tor yo'naltirilgan nurlanish oqimi Majburiy o'tish mexanizmidan foydalangan holda birinchi marta elektromagnit nurlanish generatorlari 1954 yilda sovet fiziklari A.M. Proxorov va N.G. Basov va amerikalik fizik C. Townes 24 gigagertsli chastotada. Ammiak faol vosita bo'lib xizmat qildi. Optik diapazonning birinchi kvant generatori 1960 yilda T. Meyman (AQSh) tomonidan yaratilgan. Inglizcha “LightAmplificationbystimulated emissionofradiation” (Light amplification by stimulated emission) iborasining asosiy komponentlarining bosh harflari yangi qurilma nomini tashkil qildi - lazer. U radiatsiya manbai sifatida sun'iy yoqut kristalidan foydalangan, generator impulsli rejimda ishlagan. Bir yil o'tgach, doimiy emissiyali birinchi gaz lazeri paydo bo'ldi (Javan, Bennett, Eriot - AQSh). Va bir yil o'tgach, yarimo'tkazgichli lazer bir vaqtning o'zida SSSR va AQShda yaratildi. Lazerlarga e'tiborning tez o'sishining asosiy sababi, birinchi navbatda, ushbu qurilmalarning o'ziga xos xususiyatlaridadir.¹
Lazerning o'ziga xos xususiyatlari:

• 
  monoxromatik (qat'iy monoxromatiklik),
  
• 
  yuqori kogerentlik (tebranishlarning mustahkamligi),
  
• 
  yorug'lik nurlanishining keskin yo'nalishi.
  

Lazerlarning bir nechta turlari mavjud:

• 
  yarimo'tkazgich;
  
• 
  qattiq holat;
  
• 
  gaz;
  
• 
  yoqut.
  

Ikki tomonlama heterostrukturali lazerlar. Ushbu qurilmalarda torroq tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan material qatlami kengroq tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan ikki qatlamli material orasiga o'rnatiladi. Ko'pincha galliy arsenid (GaAs) va alyuminiy galyum arsenid (AlGaAs) ikkita heterostrukturaga asoslangan lazerni amalga oshirish uchun ishlatiladi. Ikki xil yarimo'tkazgichning har bir birikmasi geterostruktura deb ataladi va qurilma "ikkita heterostrukturali diod" (DHS) deb ataladi. Ingliz adabiyotida "ikkita heterostrukturali lazer" yoki "DH lazer" nomlari qo'llaniladi. Maqolaning boshida tasvirlangan dizayn bugungi kunda keng qo'llaniladigan ushbu turdagi farqlarni ko'rsatish uchun "homojunction diode" deb ataladi. Ikki tomonlama heterostrukturali lazerlarning afzalligi shundaki, elektronlar va teshiklarning birgalikda yashash hududi ("faol hudud") nozik o'rta qatlamda joylashgan. Bu shuni anglatadiki, ko'proq elektron-teshik juftlari daromadga hissa qo'shadi - ularning ko'pi past daromadli mintaqada periferiyada qolmaydi. Bundan tashqari, yorug'lik hetero-birikmalarning o'zidan aks etadi, ya'ni nurlanish maksimal samarali kuchaytirish mintaqasida to'liq o'ralgan bo'ladi. Kvant quduqli diod. Agar DHS diodining o'rta qatlami yanada nozikroq bo'lsa, bunday qatlam kvant qudug'i sifatida ishlay boshlaydi. Bu shuni anglatadiki, vertikal yo'nalishda elektronlar energiyasi kvantlana boshlaydi. Kvant quduqlarining energiya darajalari orasidagi farq potentsial to'siq o'rniga radiatsiya hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu yondashuv radiatsiya to'lqin uzunligini boshqarish nuqtai nazaridan juda samarali, bu o'rta qatlamning qalinligiga bog'liq bo'ladi. Emissiya jarayonida ishtirok etadigan elektronlar va teshiklarning zichligiga bog'liqligi bir xil taqsimotga ega bo'lganligi sababli, bunday lazerning samaradorligi bir qatlamli lazerga nisbatan yuqori bo'ladi.²
Lazer operatsiyasining jismoniy asosi - bu hodisa majbur, yoki induktsiya, radiatsiya. Uning mohiyati nimada? Qanday nurlanish stimulyatsiyalangan deb ataladi? Barqaror holatda moddaning atomi eng kam energiyaga ega. Bunday davlat ko'rib chiqiladi asosiy, va boshqa barcha davlatlar hayajonlangan. Agar biz ushbu holatlarning energiyasini solishtirsak, unda qo'zg'aluvchan holatda u asosiy holatga nisbatan haddan tashqari ko'pdir. Atom hayajonlangan holatdan barqaror holatga o'tganda, atom o'z-o'zidan foton chiqaradi. Bu elektromagnit nurlanish deyiladi spontan emissiya. Agar hayajonlangan holatdan barqaror holatga o'tish tashqi (induktsiya) foton ta'sirida majburiy ravishda sodir bo'lsa, u holda energiyasi o'tish darajalari energiyalari farqiga teng bo'lgan yangi foton hosil bo'ladi. Bunday nurlanish deyiladi majbur . Yangi foton - bu emissiyaga sabab bo'lgan fotonning "aniq nusxasi". U bir xil energiya, chastota va fazaga ega. Biroq, u atom tomonidan so'rilmaydi. Natijada, allaqachon ikkita foton mavjud. Boshqa atomlarga ta'sir qilib, ular yangi fotonlarning keyingi paydo bo'lishiga olib keladi. Atom qo'zg'aluvchan holatda bo'lganida, induksion foton ta'sirida atom tomonidan yangi foton chiqariladi. Qo'zg'atmagan holatda bo'lgan atom shunchaki induksiya qiluvchi fotonni o'zlashtiradi. Shuning uchun yorug'lik kuchayishi uchun qo'zg'aluvchan atomlarga qaraganda ko'proq qo'zg'atilgan atomlar bo'lishi kerak. Bunday davlat deyiladi populyatsiya inversiyasi.[2]
Lazer dizayni 3 elementni o'z ichiga oladi:
1. Lazerning "nasos" mexanizmi deb ataladigan energiya manbai.
2. Lazerning ishchi organi.
3. Ko'zgular tizimi yoki optik rezonator.
Energiya manbalari har xil bo'lishi mumkin: elektr, issiqlik, kimyoviy, yorug'lik, va hokazo. Ularning vazifasi lazerning ishchi tanasini energiya bilan "pompalash" va unda lazer nuri oqimining paydo bo'lishiga olib keladi. Energiya manbai deyiladi mexanizmilazerni "pompalash" . Ular bo'lishi mumkin kimyoviy reaksiya, boshqa lazer, flesh-chiroq, elektr uchqun bo'shlig'i va boshqalar. ishlaydigan suyuqlik , yoki lazer materiallari , vazifalarni bajaradigan moddalarni nomlang faol muhit. Lazer nurlari aynan ishchi organda paydo bo'ladi.³ Bu qanday sodir bo'ladi? Jarayonning eng boshida ishchi suyuqlik termodinamik muvozanat holatida bo'ladi va atomlarning aksariyati normal holatda bo'ladi. Radiatsiyani keltirib chiqarish uchun tizim bir holatga o'tishi uchun atomlarga ta'sir qilish kerak populyatsiya inversiyalari. Bu vazifa lazerli nasos mexanizmi tomonidan amalga oshiriladi. Bir atomda yangi foton paydo bo'lishi bilanoq, u boshqa atomlarda fotonlarni ishlab chiqarish jarayonini boshlaydi. Bu jarayon tez orada qor ko'chkisiga aylanadi. Ishlab chiqarilgan barcha fotonlar bir xil chastotaga ega bo'ladi va yorug'lik to'lqinlari juda katta quvvatga ega yorug'lik nurini hosil qiladi. Lazerlarda faol muhit sifatida qattiq, suyuq, gazsimon va plazmali moddalar ishlatiladi. Misol uchun, 1960-yilda yaratilgan birinchi lazerda faol vosita yoqut edi. Ishchi suyuqlik quyiladi optik rezonator . Ulardan eng oddiy ikkita parallel oynadan iborat bo'lib, ulardan biri shaffofdir. U yorug'likning bir qismini aks ettiradi va bir qismini uzatadi. Ko'zgularni aks ettirgan holda, yorug'lik nuri qaytib keladi va kuchayadi. Bu jarayon ko'p marta takrorlanadi. Lazerning chiqishida juda kuchli yorug'lik to'lqini hosil bo'ladi. Rezonatorda ko'proq nometall bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, lazerlarda boshqa qurilmalar - aylanish burchagini o'zgartirishi mumkin bo'lgan nometall, filtrlar, modulyatorlar va boshqalar ishlatiladi.Ularning yordami bilan siz to'lqin uzunligini, pulsning davomiyligini va boshqa parametrlarni o'zgartirishingiz mumkin. Zamonaviy lazerlar mikroskopik yarimo'tkazgichli lazerlardan tortib, futbol maydonidagi ulkan neodimiy lazerlarga qadar turli o'lchamlarga ega. Zamonaviy hayotni lazersiz tasavvur qilib bo'lmaydi. Lazer texnologiyalari turli sohalarda qo'llaniladi: fan, texnologiya, tibbiyot. Kundalik hayotda biz lazerli printerlardan foydalanamiz. Do'konlar lazer shtrix-kodni o'qish moslamalaridan foydalanadi. Sanoatda lazer nurlari yordamida sirtni eng yuqori aniqlikda (kesish, purkash, qotishma va boshqalar) ishlov berish mumkin. Lazer kosmik ob'ektlargacha bo'lgan masofani santimetr aniqligi bilan o'lchash imkonini berdi. Tibbiyotda lazerlarning paydo bo'lishi juda o'zgardi. Zamonaviy jarrohlik amaliyotini lazer skalpellarisiz tasavvur qilish qiyin, ular eng yuqori sterillikni ta'minlaydi va to'qimalarni aniq kesadi. Ularning yordami bilan deyarli qonsiz operatsiyalar amalga oshiriladi. Lazer nurlari yordamida tananing tomirlari xolesterin plitalaridan tozalanadi. Lazer oftalmologiyada keng qo'llaniladi, u erda ko'rishni to'g'rilash, retinal ajralishlar, katarakta va boshqalarni davolash uchun ishlatiladi.Uning yordami bilan buyrak toshlari eziladi.⁴ Bu neyroxirurgiya, ortopediya, stomatologiya, kosmetologiya va boshqalarda ajralmas hisoblanadi.
An'anaviy diodaning anodiga ijobiy potentsial qo'llanilganda, diod oldinga egilgan deyiladi. Bunday holda, p-mintaqadagi teshiklar p-n o'tishning n-hududiga, n-hududidan elektronlar esa yarimo'tkazgichning p-hududiga AOK qilinadi. Agar elektron va teshik "yaqin" bo'lsa (tunnel qilish mumkin bo'lgan masofada), ular ma'lum bir to'lqin uzunlikdagi foton (energiya saqlanishi tufayli) va fonon shaklida energiya chiqishi bilan qayta birlashishi mumkin. impulsning saqlanishi tufayli, chunki foton impulsni olib ketadi) . Bu jarayon spontan emissiya deb ataladi va LEDlarda nurlanishning asosiy manbai hisoblanadi. Biroq, ma'lum sharoitlarda, elektron va rekombinatsiyadan oldingi teshik kosmosning bir mintaqasida juda uzoq vaqt (mikrosekundlargacha) bo'lishi mumkin. Agar hozirgi vaqtda kerakli (rezonansli) chastotali foton fazoning ushbu hududidan o'tsa, u ikkinchi fotonning chiqishi bilan majburiy rekombinatsiyaga olib kelishi mumkin va uning yo'nalishi, polarizatsiya vektori va fazasi birinchisining bir xil xususiyatlariga to'liq mos keladi. foton.
Lazerli diodda yarimo'tkazgichli kristall juda nozik to'rtburchaklar plastinka shaklida amalga oshiriladi. Bunday plastinka asosan optik to'lqin o'tkazgich bo'lib, bu erda nurlanish nisbatan kichik bo'shliqda cheklangan. Kristalning yuqori qatlami n-mintaqani hosil qilish uchun doplanadi va pastki qatlamda p-mintaqasi hosil bo'ladi. Natijada katta maydonning tekis p-n birikmasi hosil bo'ladi. Kristalning ikki tomoni (uchlari) silliq parallel tekisliklarni hosil qilish uchun silliqlanadi, ular Fabri-Perot rezonatori deb ataladigan optik rezonatorni hosil qiladi. Ushbu tekisliklarga perpendikulyar bo'lgan o'z-o'zidan emissiyaning tasodifiy fotonlari butun optik to'lqin o'tkazgichdan o'tadi va u chiqishdan oldin uchidan bir necha marta aks etadi. Rezonator bo'ylab o'tib, u stimulyatsiya qilingan rekombinatsiyaga olib keladi, bir xil parametrlarga ega bo'lgan ko'proq fotonlarni yaratadi va nurlanish kuchayadi (rag'batlantiruvchi emissiya mexanizmi). Daromad yo'qotishdan oshib ketishi bilan lazerni yaratish boshlanadi.⁵ Lazerli diodlar bir necha turdagi bo'lishi mumkin. Ularning asosiy qismida qatlamlar juda nozik holga keltiriladi va bunday struktura faqat bu qatlamlarga parallel yo'nalishda radiatsiya hosil qilishi mumkin. Boshqa tomondan, agar to'lqin uzunligi bilan solishtirganda to'lqin qo'llanmasi etarlicha keng bo'lsa, u allaqachon bir nechta transvers rejimlarda ishlashi mumkin. Bunday diyot multi-mode (inglizcha "multi-mode") deb ataladi. Bunday lazerlardan foydalanish qurilmadan yuqori radiatsiya quvvati talab qilinadigan va nurning yaxshi konvergentsiyasi sharti o'rnatilmagan (ya'ni uning sezilarli darajada tarqalishiga ruxsat berilgan) hollarda mumkin. Bunday qo'llash sohalari: printerlar, kimyo sanoati, boshqa lazerlarni pompalash. Boshqa tomondan, agar nurni yaxshi fokuslash kerak bo'lsa, to'lqin o'tkazgichning kengligi radiatsiya to'lqin uzunligi bilan solishtirilishi kerak. Bu erda nurning kengligi faqat diffraktsiya tomonidan qo'yilgan chegaralar bilan aniqlanadi. Bunday qurilmalar optik xotira qurilmalarida, lazerli belgilarda, shuningdek, tolali texnologiyada qo'llaniladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bunday lazerlar bir nechta uzunlamasına rejimlarni qo'llab-quvvatlay olmaydi, ya'ni ular bir vaqtning o'zida turli to'lqin uzunliklarida nur chiqara olmaydi. Lazerli diodaning radiatsiya to'lqin uzunligi yarimo'tkazgichning p- va n-mintaqalari energiya darajalari orasidagi tarmoqli bo'shlig'iga bog'liq. Nurlantiruvchi element juda nozik bo'lganligi sababli, diodaning chiqishidagi nur diffraktsiya tufayli deyarli darhol ajralib chiqadi. Ushbu ta'sirni qoplash va nozik nurni olish uchun birlashtiruvchi linzalardan foydalanish kerak. Silindrsimon linzalar ko'pincha multimodli keng lazerlar uchun ishlatiladi. Yagona rejimli lazerlar uchun nosimmetrik linzalardan foydalanganda nurlar kesimi elliptik bo'ladi, chunki vertikal tekislikdagi divergensiya gorizontaldagi farqdan oshib ketadi. Bu lazer ko'rsatgich nuri misolida eng aniq ko'rinadi. Yuqorida tavsiflangan eng oddiy qurilmada optik rezonatorning qiymat xarakteristikasi bundan mustasno, bitta to'lqin uzunligini ajratib bo'lmaydi. Biroq, bir nechta uzunlamasına rejimlarga ega bo'lgan qurilmalarda va etarlicha keng chastota diapazonida nurlanishni kuchaytirishga qodir bo'lgan materiallarda bir nechta to'lqin uzunliklarida ishlash mumkin. Ko'p hollarda, shu jumladan, eng ko'zga ko'ringan lazerlar, ular bitta to'lqin uzunligida ishlaydi, ammo bu kuchli beqarorlikka ega va ko'plab omillarga bog'liq - joriy kuchning o'zgarishi, atrof-muhit harorati va boshqalar So'nggi yillarda eng oddiy lazer dizayni. Yuqorida tavsiflangan diod ko'plab yaxshilanishlarga duch keldi, shuning uchun ularga asoslangan qurilmalar zamonaviy talablarga javob berishi mumkin.⁶
Hozirgi kunda lazеr asosida ishlaydigan juda ko‘p turdagi kvant asboblari, uskunalari va sistеmalari yaratilgan. Ammo ulardan samarali foydalana oladigan mutaxassislar juda kam. Ikkinchidan turli-tuman maishiy va ilmiy kvant qurulmalarini loixalashtiraoladigan mutaxassislar ham yetishmaydi. Bu esa kvant elеktronika buyumlarini loyixalashtirishda, ularni biladigan mutaxassislarni tayyorlashning samarali yo‘llarni va mеtodlarini yaratishni talab qiladi. Kvant elеktronikasi – qattiq jismlar tarkibiga kiruvchi elеktronlar bilan elеktromagnit nurlanishning o‘zaro ta’sirlashuvi natijasida Sodir bo‘luvchi hodisalarni o‘rganuvchi fizikaning Sohasidir. Bu Soxadagi tadqiqotlardan olingan ma’lumotlar asosida turli SOxalarda qo‘llanishga mo‘ljallangan kvant elеktronika asboblari yaratilmoqda. Shuni ta’kidlash kеrakki, nurlanish manbai sifatida lazеrlar asosida qo‘llaniladigan qurulmalar kеng foydalanilmoqda. Bunday mеtod va qurulmalar moddalarning tuzulishini, ularda sodir bo‘layotgan jarayonlar mеxanizmlarini va kinеtikasini o‘rganishda eng samarali mеtodlar bo‘lib qolmoqda. Spеktroskopik, intеrfеromеtrik va shular kabi ko‘plab fiziko-kimyoviy mеtodlar shular jumlasidandir. Muhit hususiyatlarini ancha batafsil o‘rganish borasidagi zamonaviy talablarga optik usullarga asoslangan barcha spеktroskopik mеtodlar dеyarli to‘la javob bеradi. Lazеr nurlanishining monoxromatikligi, faza, amplituda, qutublanishi va tarqalish koeffitsiеntining kichikligi, apparat funksiyasining tor SOxada bo‘lishi, katta quvvatga egaligi kabi xususiyatlari ulardan foydalanishning SOxalarini kеngaytiradi va katta imkoniyatlarni yaratib bеrmoqda. Muhit bilan elеktromagnit to‘lqinlar o‘zaro ta’sirlashganda qayd etilayotgan paramеtrlar shu ta’sir natijasida o‘zgarishi mumkin. Masalan, qutublanish-anizotropiya hodisalari bilan ifodalansa, faza – tarqalish gеomеtriyasi va ta’sirlashish natijasida sinish ko‘rsatkichi orqali aniqlanadi. Shu yerda majburiy nurlanishning yuqori darajadagi kogorеntligi, monoxromatikligi va yuqori darajadagi spеktral enеrgiya zichligiga ega bo‘lgan yorug‘lik manbai ekanligini e’tirof etish joizdir. Golografiya bir qarashda biz tanlagan ilmiy tadqiqot yo‘nalishidan biroz chеtda qolib kеtayotganga o‘xshaydi, ya’ni ta’rifiga ko‘ra bu elеktromagnit to‘lqinlar intеrfеrеnsiyasi asosida shakllangan xajmiy tasvir olishning usulidir. Ammo, lazеrlarning kogorеnt nurlanishisiz golografiyani amalga oshirib bo‘lmas edi. Bu soxada ham lazеrlarning tadbiqisiz xеch narsani amalga oshirib bo‘lmas edi. Umuman olganda, kvant elеktronikasi va lazеr tеxnikasining xalq xo‘jaligining qaysi soxasida qo‘llash chеgaralarini aniqlash ancha qiyin ish. Mana shunday holat tеzda rivojlanayotgan fanlarga xos dеb hiSOblasak xato bo‘lmaydi. SHunga qaramasdan, lazеr tеxnikasi prеdmеtini ko‘rib chiqsak o‘rinli bo‘lardi.

1.2. Lazerlarning ishlash printsipi

Biz bilamizki, agar zamin sathida joylashgan atomga W 1 energiya berilsa, u holda u hayajonlangan darajalardan biriga o'tishi mumkin (1a-rasm). Aksincha, hayajonlangan atom o'z-o'zidan (o'z-o'zidan) quyi darajalardan biriga o'tishi mumkin, shu bilan birga energiyaning ma'lum bir qismini yorug'lik kvanti shaklida chiqaradi (1b-rasm). Agar yorug'lik emissiyasi atomning W m energiya darajasidan W n energiya darajasiga o'tish paytida sodir bo'lsa, u holda chiqarilgan (yoki so'rilgan) yorug'lik chastotasi.
n mn \u003d (Vt m - W n) / soat.
Aynan shu o'z-o'zidan sodir bo'ladigan radiatsiya jarayonlari qizdirilgan jismlarda va yorug'lik gazlarida sodir bo'ladi. Isitish yoki elektr zaryadsizlanishi atomlarning bir qismini hayajonlangan holatga o'tkazadi; pastki holatlarga o'tib, ular yorug'lik chiqaradilar. Spontan o'tish jarayonida atomlar bir-biridan mustaqil ravishda yorug'lik chiqaradi. Yorug'lik kvantlari atomlar tomonidan to'lqin poezdlari shaklida tasodifiy chiqariladi. Poezdlar o'z vaqtida bir-biri bilan muvofiqlashtirilmagan, ya'ni. boshqa fazaga ega. Shuning uchun, o'z-o'zidan emissiya bir-biriga bog'liq emas⁷.
Qo'zg'atilgan atomning o'z-o'zidan emissiyasi bilan bir qatorda stimulyatsiya qilingan (yoki induktsiyalangan) emissiya mavjud: qo'zg'atilgan atomlar yorug'lik kabi tashqi tez o'zgaruvchan elektromagnit maydon ta'sirida nurlanadi. Ma'lum bo'lishicha, tashqi ta'sir ostida elektromagnit to'lqin atom ikkilamchi to'lqin chiqaradi, uning chastotasi, qutblanishi, tarqalish yo'nalishi va fazasi atomga ta'sir qiluvchi tashqi to'lqinning parametrlariga to'liq mos keladi. Tashqi to'lqinni nusxalashning bir turi mavjud (1c-rasm). Rag'batlantirilgan emissiya tushunchasi fizikaga 1916 yilda A. Eynshteyn tomonidan kiritilgan. Rag'batlantirilgan emissiya hodisasi elektromagnit to'lqinlar yordamida atomlarning emissiyasini nazorat qilish va shu bilan kogerent yorug'likni hosil qilish va kuchaytirish imkonini beradi.
Buning uchun uchta shart bajarilishi kerak.
1. Rezonans kerak - tushayotgan yorug'lik chastotasining atom spektrining h mn chastotalaridan biri bilan mos kelishi. Tabiatning o'zi rezonansli shartning bajarilishiga g'amxo'rlik qildi, chunki bir xil atomlarning emissiya spektrlari mutlaqo bir xil.
2. Yana bir holat turli darajadagi aholi bilan bog'liq. Yuqori darajadagi W m atomlari tomonidan rag'batlantirilgan yorug'lik emissiyasi bilan bir qatorda, W n pastki sathida yashovchi atomlar tomonidan rezonansli yutilish ham sodir bo'ladi. Pastki W n sathida joylashgan atom yorug'lik kvantini yutadi, yuqori darajaga esa W m.
Rezonansning yutilishi yorug'lik paydo bo'lishiga to'sqinlik qiladi.
Atomlar sistemasi yorug'lik hosil qiladimi yoki yo'qmi, moddada qaysi atomlar ko'proq bo'lishiga bog'liq. Avlod paydo bo'lishi uchun yuqori darajadagi atomlar soni Nm bo'lishi kerak ko'proq raqam pastki darajadagi atomlar N n , ular orasida o'tish sodir bo'ladi.⁸
Albatta, siz faqat o'tish mumkin bo'lgan juftlikdan foydalanishingiz mumkin, chunki har qanday ikki daraja o'rtasidagi barcha o'tishlarga tabiat tomonidan ruxsat berilmaydi. Tabiiy sharoitda ko'proq yuqori daraja har qanday haroratda pastroqqa qaraganda kamroq zarrachalar mavjud. Shuning uchun har qanday jismda, qanchalik kuchli qizdirilmasin, majburiy o'tish paytida yorug'likning yutilishi nurlanishdan ustun bo'ladi.
Kogerent yorug'likning paydo bo'lishini qo'zg'atish uchun ikkita tanlangan darajadan yuqorisi pastki qismga qaraganda ko'proq bo'lishi uchun maxsus choralar ko'rish kerak. Yuqori energiyaga ega sathlarning biridagi atomlar soni kamroq energiyaga ega bo'lgan atomlar sonidan ko'p bo'lgan moddaning holati faol holat yoki populyatsiya inversiyasi (teskari) holati deb ataladi.
Shunday qilib, kogerent yorug'lik generatsiyasini qo'zg'atish uchun populyatsiya inversiyasi juft darajalar uchun zarur bo'lib, ular orasidagi o'tish avlod chastotasiga to'g'ri keladi.
3. Lazerni yaratish uchun hal qilinishi kerak bo'lgan uchinchi muammo - bu teskari aloqa muammosi. Yorug'lik atomlarning emissiyasini boshqarishi uchun, chiqarilgan yorug'lik energiyasining bir qismi doimo ishlaydigan moddaning ichida qolishi kerak, ya'ni "ko'payish" uchun, bu esa tobora ko'proq yangi atomlar tomonidan yorug'likning majburiy emissiyasini keltirib chiqaradi. Bu nometall yordamida amalga oshiriladi. Eng oddiy holatda, ishlaydigan modda ikkita ko'zgu orasiga joylashtiriladi, ulardan biri aks ettirish koeffitsienti taxminan 99,8%, ikkinchisi (chiqish) - taxminan 97-98%, bunga faqat dielektrik qoplamalar yordamida erishish mumkin. . Natijada bir joyda chiqarilgan yorug'lik to'lqini spontan o'tish atom, ishchi modda orqali tarqalganda stimulyatsiya qilingan emissiya bilan kuchayadi. Chiqish oynasiga etib borgandan so'ng, yorug'lik qisman u orqali o'tadi. Yorug'lik energiyasining bu qismi tashqarida lazer tomonidan chiqariladi va undan foydalanish mumkin. Yarim shaffof chiqish oynasidan aks ettirilgan yorug'likning bir qismi fotonlarning yangi ko'chkisini keltirib chiqaradi.⁹ Ushbu ko'chki rag'batlantirilgan emissiya xususiyatlariga ko'ra avvalgisidan farq qilmaydi.
Bu holda, har qanday rezonatorda bo'lgani kabi, rezonans holati faqat rezonator ichidagi qo'sh optik yo'lda to'lqin uzunliklarining butun soni mos keladigan to'lqinlar uchun qondiriladi. Rezonator o'qi bo'ylab tarqaladigan to'lqinlar uchun eng qulay sharoitlar yaratilgan, bu lazer nurlanishining juda yuqori yo'nalishini ta'minlaydi.
Ta'riflangan shartlarning bajarilishi lazer yaratish uchun hali ham etarli emas. Yorug'lik paydo bo'lishi uchun faol moddaning daromadi etarlicha katta bo'lishi kerak. U chegara deb ataladigan ma'lum bir qiymatdan oshib ketishi kerak. Haqiqatan ham, chiqish oynasiga tushgan yorug'lik oqimining bir qismi orqaga qaytarilsin. Ko'zgular orasidagi masofani ikki baravar oshirish (bir o'tish) shunday bo'lishi kerakki, chiqish oynasiga qaytarilgan yorug'lik energiyasi oldingi vaqtdan kam bo'lmaydi. Shundagina yorug'lik to'lqini o'tishdan o'tishga o'ta boshlaydi. Agar bunday bo'lmasa, ikkinchi o'tish paytida chiqish oynasi oldingi daqiqaga qaraganda pastroq energiyaga etadi, uchinchisida - hatto pastroq va hokazo. Yoritish jarayoni yorug'lik oqimi to'liq o'chguncha davom etadi. Ko'rinib turibdiki, chiqish oynasining aks ettirish koeffitsienti qanchalik past bo'lsa, ishchi moddaning chegara kuchaytirilishi qanchalik katta bo'lishi kerak. Shunday qilib, nometall yo'qotish manbalari ro'yxatida birinchi o'rinda turadi.
Shunday qilib, keling, izchil yorug'lik manbasini yaratish uchun zarur bo'lgan shartlarni qisqacha tuzamiz:
· teskari populyatsiyaga ega ishlaydigan modda kerak. Shundagina majburiy o'tishlar tufayli yorug'likning kuchayishini olish mumkin;
· ishchi moddani qayta aloqani ta'minlaydigan ko'zgular orasiga qo'yish kerak;
· ishchi modda tomonidan berilgan daromad, ya'ni ishchi moddadagi qo'zg'atilgan atomlar yoki molekulalar soni chegara qiymatidan katta bo'lishi kerak, bu esa chiqish oynasining aks ettirish koeffitsientiga bog'liq.
Agar ushbu uchta shart bajarilsa, biz kogerent yorug'likni yaratishga qodir bo'lgan va lazer deb ataladigan tizimni olamiz.

2. 
   Bob Gaz lazerlari
   

1. 
   Gaz lazerlari
   

Lazer uskunalari inson faoliyatining turli Sohalarida, jumladan, sanoat, tibbiyot, fan va ta'limda keng qo'llaniladi. Maxsus joyni gaz lazerlari - qurilmalar egallaydi, ularning xususiyati gazsimon moddadan faol vosita sifatida foydalanishdir. Ular birinchi marta taxminan 60 yil oldin inson tomonidan yaratilgan. O'shandan beri kvant elektronikasining bunday qurilmalari evolyutsiya va takomillashtirishning qiyin yo'lini bosib o'tdi, bu esa ulardan foydalanish samaradorligi va xavfsizligini oshirishga imkon berdi. Lazer uskunalari inson faoliyatining turli Sohalarida, jumladan, sanoat, tibbiyot, fan va ta'limda keng qo'llaniladi. Maxsus joyni gaz lazerlari - qurilmalar egallaydi, ularning xususiyati gazsimon moddadan faol vosita sifatida foydalanishdir.¹⁰ Ular birinchi marta taxminan 60 yil oldin inson tomonidan yaratilgan. O'shandan beri kvant elektronikasining bunday qurilmalari evolyutsiya va takomillashtirishning qiyin yo'lini bosib o'tdi, bu esa ulardan foydalanish samaradorligi va xavfsizligini oshirishga imkon berdi. Elektr bilan pompalanadigan gaz lazeri gazsimon ishlaydigan muhitga ega bo'lgan muhrlangan naychadan va optik rezonatorning elementlaridan iborat. Energiya lazerning faol muhitiga gazdagi elektr razryadlari orqali pompalanadi, ular ko'pincha nay bo'shlig'idagi elektrodlar yordamida olinadi. Gaz atomlari bilan to'qnashgan elektronlar ularni hayajonlangan holatga o'tkazadi, SO'ngra fotonlarni chiqaradi. Elektr bilan pompalanadigan gaz lazeri gazsimon ishlaydigan muhitga ega bo'lgan muhrlangan naychadan va optik rezonatorning elementlaridan iborat. Energiya lazerning faol muhitiga gazdagi elektr razryadlari orqali pompalanadi, ular ko'pincha nay bo'shlig'idagi elektrodlar yordamida olinadi. Gaz atomlari bilan to'qnashgan elektronlar ularni hayajonlangan holatga o'tkazadi, SO'ngra fotonlarni chiqaradi. Sanoat gazi (uning uchun tabiiy sharoitda gazsimon holatda bo'lgan modda) yoki kimyoviy elementlarning bug'lanishi, masalan, metallar, bunday lazer qurilmalarida faol vosita sifatida ishlaydi. Bundan tashqari, ba'zi hollarda gazsimon moddalarning maxsus aralashmalaridan foydalanish mumkin. Bunday lazerlarda faol muhit bo'lgan gazning o'ziga xos xususiyati shundaki, u ancha yuqori optik bir xillikka ega. Shu sababli, gaz tipidagi lazer qurilmalaridagi radiatsiya sifati bunday qurilmalarning o'xshash turlariga nisbatan yuqoriroq deb hiSOblanadi. Sanoat gazi (uning uchun tabiiy sharoitda gazsimon holatda bo'lgan modda) yoki kimyoviy elementlarning bug'lanishi, masalan, metallar, bunday lazer qurilmalarida faol vosita sifatida ishlaydi. Bundan tashqari, ba'zi hollarda gazsimon moddalarning maxsus aralashmalaridan foydalanish mumkin. Bunday lazerlarda faol muhit bo'lgan gazning o'ziga xos xususiyati shundaki, u ancha yuqori optik bir xillikka ega. Shu sababli, gaz tipidagi lazer qurilmalaridagi radiatsiya sifati bunday qurilmalarning o'xshash turlariga nisbatan yuqoriroq deb hiSOblanadi.Gaz lazerining ishlash printsipi shundan iboratki, faol gaz muhiti unda paydo bo'ladigan elektr zaryadlari yordamida pompalanadi. Natijada, bunday hodisa jarayonida paydo bo'lgan elektronlar texnik gaz atomlari yoki kimyoviy moddaning bug'lari bilan to'qnashadi, bu ularni qo'zg'atadi va fotonlarning tarqalishiga sabab bo'ladi.¹¹ Hosil bo'lgan elektromagnit nurlanish gaz plazmasidan o'tib kuchayadi. Yorug'lik to'lqinlari harakatining xuddi shunday yo'nalishi optik rezonatorlar yordamida tartibga SOlinadi.Gaz lazerining ishlash printsipi shundan iboratki, faol gaz muhiti unda paydo bo'ladigan elektr zaryadlari yordamida pompalanadi. Natijada, bunday hodisa jarayonida paydo bo'lgan elektronlar texnik gaz atomlari yoki kimyoviy moddaning bug'lari bilan to'qnashadi, bu ularni qo'zg'atadi va fotonlarning tarqalishiga sabab bo'ladi. Hosil bo'lgan elektromagnit nurlanish gaz plazmasidan o'tib kuchayadi. Yorug'lik to'lqinlari harakatining xuddi shunday yo'nalishi optik rezonatorlar yordamida tartibga SOlinadi.

2. CO₂ lazeri

Karbonat angidriddan foydalanishga asoslangan zamonaviy lazer tizimlari (va uning boshqa gazsimon moddalar bilan aralashmalari) eng katta ko'p qirralilikka ega. Nurning juda kam divergentsiyasi tufayli ular ishlov berilgan sirt yoki ob'ektdan etarlicha katta masofada o'rnatilishi mumkin, shu bilan birga nurning sifati pasaymaydi. Ushbu xususiyat tufayli CO2 gaz lazerlari ko'pincha metall buyumlarni kesish, shuningdek, murakkab va yuqori aniqlikdagi kesish, o'yma va boshqalarni yaratish uchun ishlatiladi. Karbonat angidriddan foydalanishga asoslangan zamonaviy lazer tizimlari (va uning boshqa gazsimon moddalar bilan aralashmalari) eng katta ko'p qirralilikka ega. Nurning juda kam divergentsiyasi tufayli ular ishlov berilgan sirt yoki ob'ektdan etarlicha katta masofada o'rnatilishi mumkin, shu bilan birga nurning sifati pasaymaydi. Ushbu xususiyat tufayli CO2 gaz lazerlari ko'pincha metall buyumlarni kesish, shuningdek, murakkab va yuqori aniqlikdagi kesish, o'yma va boshqalarni yaratish uchun ishlatiladi. Bunday lazer tizimlarining asosiy afzalliklari orasida: gaz lazerlarining yuqori quvvati va samaradorligi (bu xususiyat ularni og'ir sanoatda va murakkab vazifalarni bajarishda, masalan, metallarni lazer bilan kesish sohasida qo'llash imkonini beradi); uskunaning arzonligi va texnik xizmat ko'rsatishning arzonligi; soddaligi va foydalanish qulayligi. Bunday lazer tizimlarining asosiy afzalliklari orasida: gaz lazerlarining yuqori quvvati va samaradorligi (bu xususiyat ularni og'ir sanoatda va murakkab vazifalarni bajarishda, masalan, metallarni lazer bilan kesish Sohasida qo'llash imkonini beradi); uskunaning arzonligi va texnik xizmat ko'rsatishning arzonligi; ddsoaligi va foydalanish qulayligi. Gazodinamik CO2 - lazerda invers bandlik yuqori haroratgacha qizdirilgan gaz aralashmasining keskin ravishda kengayishi natijasida hosil qilinadi. Gazodinamik lazerning ishlashini 1-rasm asosida tushuntirish mumkin.