Fizika-texnika fakulteti

2.3 Yorug’likning majburiy kombinatsion sochilishi.
Y
orug’likning majburiy kombinasion sochilishini 1962 - yilda Vudberi va Nglar birinchi bo’lib kuzatdilar. Quvvati katta bo’lgan yoqut lazeri nurlanish impulsi vaqtini yanada qisqartirish maqsadida nitrobenzol to’ldirilgan Kerr yacheykasidan foydalanilgan edi. Tajriba asbobining optik sxemasi quydagicha.
3-rasm. Yorug’likning majburiy kombinasion sochilishini optik sxemasi
Bu chizmada 1-fotoumnojitel, 2-ko`zgular, 3-Kerr yacheykasi, 4-qutblash asboblari, 5-nurlagich yoqut tayoqchasi, 6-tadqiq etiladigan muhit, 7-to’plovchi linza, 8-spektrograf tirqichi. Chizmadan ko’rinib turibdiki, lazerning rezonatori ko’zgulari orasida yoqut nurlagich ham, Kerr yacheykasi va tadqiq etiladigan muhit joylashgan. Kerr yacheykasi bunda ochib-yopqich-zatvor vazifasini bajaradi. Bu yerda tadqiq etiladigan muhit qolib, lazer nurlanganda tushirib olingan spektrda Kerr yacheykasiga to’lg’azilgan nitrobenzoldan sochilgan nur chizig’i paydo bo’lgan, ya’ni to’lqin uzunlikdagi lazer nuri chizig’idan boshqa to’lqin uzunlikdagi majburiy nurlanish chizig’i kuzatilgan.
Yorug’likning kombinatsion sochilishi. Reley qonuniga asosan , sochilish yorug’likda energiya taqsimoti birlamchi yorug’likdagi taqsimotdan spektrning qisqa to’lqinli qismida energiya qiyosan ortiq bo’lishi bilan farq qiladi.
Simob lampasidan kelayotgan yorug’likning spektori va o’sha lampaning havoda sochilgan yorug’ligining spektori Ilgari o’tkazilgan tadqiiqot natijalariga ko’ra , yuqorida aytib o’tilgan farq tushayotgan va sochilgan yorug’lik spektridagi yagona farq hisoblanadi. Biroq sinchiklab o’tkizilgan tekshirishning ko’rsatishicha sochilgan yorug’lik spektrida tushayotgan yorug’likni xarakterlaydigan chiziqlardan tashqari qo’shimcha chiziqlar(yo’ldoshlar) bo’ladi, bular tushayotgan yorug’likning har bir chizig’i yonida turadi.
Yo’ldoshlar tushayotgan yorug’likning har qanday spectral chizig’i yonida kelganligi uchun , bu yo’ldoshlarni qanday sharoitda payqash mumkin, degan savol tug’iladi. Yoo’doshlar ko’rinadigan bo’lishi uchun tushayoutgan yorug’lik spektri tutash pektr bo’lmay ,balki alohida chiziqlar(monoxramatik chiziqlar) to’plamidan iborat bo’lishi kerak. bu hodisaning quyidagi qonunlari tajribadan topilgan.
1) Yo’ldoshlar tushayotgan yorug’likning har bir chizig’i yonida bo’ladi.
2) Uyg’otuvchi(tushayotgan) yorug’lik spectral chizig’ining ν<sub>0</sub> chastotasi bilan yo’ldoshlardan har biri chiziqlarining chastotalar bilan Δν farq sochuvchi modda uchun xarakterli bo’lib, uning molekularining xususiy tebranishlari chastotalariga (ν<sub>i</sub> )teng:
3) Yo’ldoshlar uyg’otuvchi chiziqlardan ikki tomonda simmetrik yotuvchichiziqlarning ikki sistemasidan iborat,ya’ni buyerda νr chastota uyg’otuvchi chastotalardan uzunroq to’lqinli tomonda joylashgan yo’ldoshlarning chastotalarini,ν v chastota esa uyg’otuvchi chastotalardan ikki tomonda yotgan yo’ldoshlarning chastotalarini bildiradi. Spektrning qizil qismida joylashgan va shuning uchun “qizil” yo’ldoshlar deb ataladigan 1-yo’ldoshlar tegishli “binashfa” yo’ldoshlardan ancha intensivdir.
4)Temperatura ko’tarilganda “binafsha ” yo’ldoshlarning intensivligi tez ortadi. Yorug’lik kvantlari to’g’risidagi soddalshtirilgan tasavvurdan foydalanib, kombinatsion sochilish hodisasining mohiyatini anglab yetish mumkin. Kvant tasavvurlariga ko’ra , ν<sub>0</sub> chastotali yorug’lik ma’lum bir ulushlar(kvantlar) tarzida tarqalib bularning miqdori ga teng bo’ladi, bu uuyerda h=6,62*10 -34 – plank taklif etgan universal doimiydir. Shuning uchun o’zida ν<sub>0</sub> chastotali tebranishlar bo’layotgan atom(yoki molekula) energiya zapasiga ega bo’ladi., bu energiyani atom (yoki molekula) o’shanday chastotali yorug’lik tarzida chiqarishi mumkin. Bu nuqtai nazardan yorug’likning molekularda sochilishini yorug’lik kvantlarining (ya’ni fotonlarning ) molekulalar bilan to’qnashishi deb qarash kerak, bu to’qnashish natijasida fotonlar uchish yo’nalishini o’zgartiradi,ya’ni chetga sochiladi. Fotonlar bilan molekulalar o’rtasidagi to’qnashishlar elasti bo’lishi ham , elastic bo’lmasligi ham mumkin. To’qnashish elastic to’qnashish bo’lgan holda molekulaning energiyasi va fotonning chastotasi o’zgarmaydi, bu hol Reley sochilishiga mos keladi.
To’qnashish elastik bo’lmagan holda fotonning energiyasi tebranma kvant miqdorida ortadi yoki kamayadi. Agar yorug’lik tebranish holatida bo’lmagan molekula bilan o’zaro ta’sir qilsa ,yorug’lik molekulaga energiyasining tegishli qismini beradi.
Tenglamaga muvofiq ravishda kichik chastotali nurga (“qizil yo’ldoshga”) aylanadi, bu yerda uyg’otuvchi yorug’lok chastotasi, -molekula tebranishlarining chastotasi.
Agar yorug’lik tebranish holatida turgan molekula, ya’ni energiyaga ega bo’lgan molekulaga ta’sir qilsa , u holda yorug’lik molekuladan bu energiyani tortib olib, tenglamaga muvofiq ravishda katta chastotali nurga (“binafsha yo’ldosh”) aylanishi mumkin.
Tebranish holatida bo’lgan (ortiqcha energiyali) molekulalar soni uyg’otilmagan molekulalar sonidan ancha kam bo’ladi, shuning uchun binafsha yo’ldoshning intensivligi qizil yo’ldosh intensivligidan beqiyos darajadan kam bo’lishi kerak; tajribada ham xuddi shunday bo’lyapti.
Temperatura ko’tarilgan sari uyg’otilgan molecular soni tez ko’payadi, shunga yarasha binafsha yo’ldoshning intensivligi tez ortishi kerak; bu ham tajribada tasdiqlanmoqda. Binafsha yo’ldoshlar intensivligining ortishi 6-rasmda yaxshi ko’rinadi; bu rasmda 2 spektr sochuvchi moddaning (kvarsning) 210<sup>0</sup> C temperaturasiga mos keladi. Atomlarning molekulada tebranishi tufayli qutblanuvchanlikning yuqorida aytib o’tilgan o’zgarishlari davriy xarakterga ega, shuning uchun sochilayotgan yorug’likning intensivligi ham molekula ichida bo’ladigan tebranishlarning chastota bilan davriy ravishda o’zgaradi. Binobarin, chastotasi tushayotgan yorug’lik modulyatsiya chastotas bo’lgan modulyatsiyalangan yorug’likdan iboratdir, bu esa o’zgargan chastotali yorug’likka mos keladi. Shunday qilib, yorug’lik sochilishining bu turi yuz berganda tushayotgan yorug’likning chatotasi o’zgarib borishi kerak: boshlang’ich chastotali yorug’lik bilan o’zgargan chastotali chiziqlar ham paydo bo’lishi kerak. demak,sochilgan yorug’likning chastotasi tushayotgan yorug’likning chastotasi bilan molecular ichida bo’ladigan tebranishlar chastotasining kombinatsiyasidan tarkib topadi. Shuning uchun bu sochilish kombinatsion sochilish deb atalgan. Bunday klassik nuqtai nazardan qarash ma’lum bir chastotali kombinatsion va infraqizil chiziqlarninf intensivliklari bir-biridan ko’p farq qilishi mumkinligini tushunishga imkon beradi. Haqiqatan ham, ν chastotali kombinatsion chiziqning intensivligi molekulaning bu chastotaga mos keladigan tebranishlar qilishida molekulaning α qutblanuvchanligi naqadar ko’p o’zgarishi bilan aniqlanadi.
Absorbsiyaning o’shanday chastotali infraqizil chizig’ining intensivligi esa mos chastotali infraqizil yorug’lik ta’sirida bu tebranishning qanchalik yaxshi yuz bera olishiga, ya’ni kelayotgan to’lqinning elektramagnitik maydonini molekula tegishli tebranishda molekulaning elektr momentining o’zgarishlari bilan aniqlanadi. Qutblanuvchanlikning o’zgarishi bilan elektr momentining o’zgarishi turli xil tebranishlarda biri infraqizil spektrlarda, boshqasi kombinatsion spektrlarda yaxshi tasvirlanadi.
Kombinatsion sochilish metodi moddaning molekulyar tuzilishini tadqiq etishning muhim metodi hisoblanadi. Molekula tebranishlarining xususiy chastotalari bu usul yordamida osongina aniqlanadi; bu usul molekula simmetriyasining xarakteri, molekulalar ichida ta’sir qiladigan kuchlarning kattaligi va umuman molekulyar dinamikaning o’ziga xos tomonlari to’g’risida imkon beradi. Kombinatsion sochilish spektrlari molekulalar uchun shunchalik xarakterlidirki, bu spektrlar yordamida murakkab molekulyar aralashmalarni, ayniqsa kimyoviy yo’l bilan analiz qilib bo’lmaydigan organic molekulalar aralashmalarini analiz qilish mumkin. Masalan, uglevodorodlarning juda murakkab aralashmasi bo’lgan benzinlarning tarkibi kombinatsion sochilish metodi yordamida samarali ravishda analiz qilinadi.
Paydo bo’lgan bu chiziqni tez orada nitrobenzolning majburiy kombinatsion sochilish stoks chizig’i deb tushuntirildi. Ma’lum bo’ldiki, lazer nurining quvvati busag’a qiymatidan oshsa bu chiziq paydo bo’lar ekan. Keyinchalik turli asbob uskunalarda bunday tajribalar ko’plab o’tkazilgan. Odatdagi kogerent bo’lmagan yorug’lik manbalaridan chiqqan nurlanish bilan yoritilganda muhitdan sochilgan yorug’lik intensivligi tushuvchi yorug’lik intensivligining 10<sup>-6</sup>-10<sup>-7</sup> qismini tashkil etadi. Uyg’otuvchi nur yoki damlash to’lqini, ya’ni muhitni yoritayotgan yoru’lik intensivligi 10<sup>8</sup>-10<sup>9</sup> vt/sm<sup>2</sup> ni tashkil etsa sochilish intensivligi tushuvchi nurning o`nlab foizini tashkil etishi mumkin. Albatta, intensivlik hamma kombinatsion sochilish chiziqlarida bunday oshmaydi, ayrim tanlangan chiziqlar intensivligi oshishi mumkin
Quyidagi tajriba uskunasiga nazar tashlaylik
4-rasm. Lazerdan taralgan nurning sochuvchi muhitga tushishi
Lazerdan taralgan nur V sochuvchi muhitga tushadi. Sochilgan yorug’lik F filtrdan o’tib, L linza orqali SS ekranga tushuriladi. O’ng tomonda ekran bizga qaratib qo’yilgan. Markaziy nuqta lazer nurining o’z yo’nalishi, stoks chiziqlari ham shu nuqtaga to`plangan, antistoks chiziqlar konsentrik aylanalar tariqasida joylashgan. Garmonikalar tartibi ortgan sari aylanalar radiusi ham oshib boradi. Ta’kidlash kerakki, antistoks komponentlar faqat asosiy nur yo’nalishida ma’lum burchaklar ostida hosil bo’ladi, stoks chiziqlari esa qarama-qarshi tarafga ham tarqalishi mumkin. Majburiy kombinatsion sochilish – MKS tajriba sharoitiga bog’liq bo’lib, kuchli damlash nuri tushganda MKS boshqa nochiziqli optik hodisalar bilan birgalikda kuzatilishi mumkin. Kvant nazariyasi nuqtai nazaridan MKS hodisasi muhitga tushayotgan fotoni yo’q bo’lib, uning o’rniga sochilgan yorug’lik fotoni hosil bo’lish jarayoni bo’lib, bunday jarayon yuz berishi ehtimoli tushuvchi va sochilgan yorug’liklar intensivliklariga proporsional bo’ladichastotada sochilayotgan nur sochuvchi muhit ichida xuddi majburiy nurlanishdagi kabi eksponensial qonun asosida kuchayib boradi.
Hisoblashlar ko’rsatadiki, sochuvchi muhit qalinligi d=1sm bo’lganda MKS intensivligi spontan sochilish intensivligiga nisbattan 10<sup>8</sup>-10<sup>9</sup> martda oshib ketadi, tushayotgan uyg’otuvchi yorug’lik intensivligiga tenglashib qoladi. Bu aytilganlar stoks komponentining paydo bo’lishiga tegishlidir. Antistoks sochilishning yuz berishi jarayoni stoks sochilishi jarayonidan farq qiladi.
MKSni kombinatsion sochilishning tabiati haqidagi klassik tushunchalar asosida tahlil qilinsa, stoks va antistoks komponentlar paydo bo’lishini tushuntirish qiyin bo’lmaydi. Klassik tushunchalarga asosan, molekula qutblanuvchanligini uning yadrolari tebranishi bilan modulyasiyalanishi natijasida kombinasion sochilish yuz beradi. Faraz qilaylik, ikki atomli molekula berilgan bo’lsin.
Molekula muvozanat holatidan chiqarilganda ikki yadro orasidagi masofa O’zgarishini harfi bilan belgilab olaylik. Shu molekulaga yorug’lik to’lqini ta’sir qilayotgan bo’lsa unda induksiyalangan dipol momentini quydagicha ifodalash mumkin. Yadrolar qo`zg’alishi molekula elektron bulutining deformatsiyasiga ta’sir ko’rsatadi va qabul qiluvchanligika tuzatmani kiritadi. E-molekulaga ta’sir etayotgan monoxromatik yorug’lik maydoni kuchlanganligi.
Bu aytganlardan tashqari ikkinchi stoks chizig’ining paydo bo’lishiga sabab birinchi stoks chizig’ining katta quvvatga ega bo’lib, o’zi uyg’otuvchi nurga aylanishidir. Yana farqlash qiyin emaski, yadrolarning majburiy tebranishiikkinchi stoks va birinchi antistoks komponentalarini hosil qilish jarayonida uchinchi va ikkinchi antistoks kompanontalarini hosil qiladi. Komponentalar tartibi oshaverishi mumkin edi, ammo boshlang’ich damlash to’lqini energiyasi chegaralangandir.

XULOSA.
Men bu kurs ishimda fizika bo'yicha " Mandelshtam-Brillyuen majburiy sochilishi " mavzusida tadqiqot loyihasini amalga oshirdim, bu mavzu menga juda qiziqarli tuyuldi, chunki Optika bizni hamma joyda o'rab oladi.
Ushbu ushbu kurs ishimni bajarishim menga qo'shimcha adabiyotlar bilan ishlash, tajriba o'tkazish, olingan natijalarni tahlil qilish, tadqiqotlar natijalarini asoslash ko'nikmalarimni rivojlantirishga imkon berdi.
Ushbu loyihani amalga oshirib, men ko'p narsani o'rgandim. Yorug’likning majburiy sochilishi. Majburiy Mandelshtam-Brillyuen sochilishi. Yorug’likning majburiy kombinatsion sochilishiva koplab ma’lumotlarga ega bo’ldim.
Qo'shimcha adabiyotlar bilan ishlashni men atrofingizdagi dunyoni kuzatayotganda yuzaga keladigan savollarni har doim javoblarni topishingiz mumkinligiga amin bo'ldim.