Новости Почему нельзя спускать влажные салфетки и ватные
Download 0.55 Mb. Pdf ko'rish
|
Lazer nurlanishining qanday xususiyatlari
|
I l = I 0 e a l(4)
Amalda esa fotonlar sonining bunday tez o'sishi sodir bo'lmaydi. Haqiqiy moddalarda elektromagnit to'lqinning energiyasini yo'qotishiga olib keladigan har doim ko'p omillar mavjud (muhitning bir hil bo'lmaganligi bilan tarqalishi, aralashmalar bilan singishi va boshqalar). Natijada, to'lqinning kamida o'nlab marta kuchayishiga erishish mumkin, faqat faol muhitda uning yo'l uzunligini bir necha metrgacha oshirish mumkin, buni amalga oshirish oson emas. Ammo boshqa yo'l bor: faol moddani ikkita parallel ko'zgu orasiga joylashtirish (rezonatorda). Ularda qayta-qayta aks ettirilgan to'lqin katta kuchaytirish uchun etarli masofani bosib o'tadi, agar, albatta, hayajonlangan atomlar soni katta bo'lib qolsa, ya'ni. teskari populyatsiya qoladi. Teskari populyatsiya alohida energiya manbai yordamida amalga oshirilishi va saqlanishi mumkin, bu esa u bilan faol moddani "nasos qiladi". Bunday manba kuchli chiroq, elektr zaryadsizlanishi, kimyoviy reaktsiya va boshqalar bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, yuqori energiya darajalaridan biridagi atomlar etarlicha uzoq turishi kerak (albatta, kvant jarayonlari miqyosida) ular u erda moddaning umumiy atomlari sonining taxminan 50% ni to'plashlari kerak. Va buning uchun ishlaydigan zarrachalarning (atomlar yoki ionlar) kamida uchta energiya darajasiga ega bo'lish kerak. Radiatsiya hosil qilishning uch darajali sxemasi quyidagicha ishlaydi. Nasos atomlarni quyi energiya darajasidan o'tkazadi E 0 tepaga E 3. U erdan ular darajaga tushadilar E 2, bu erda ular fotonlarning o'z-o'zidan chiqarilishisiz uzoq vaqt qolishlari mumkin (bu daraja metastabil deb ataladi). Va faqat o'tadigan elektromagnit to'lqin ta'sirida atom asosiy darajaga qaytadi E 0, chastotali stimulyatsiya qilingan nurlanishni chiqaradi n = (E 2 – E 0)/h asl to'lqinga mos keladi. Invertli populyatsiyani yaratish va stimulyatsiya qilingan emissiyani eksperimental aniqlash shartlari 1928 yilda nemis fizigi R. Landenburg tomonidan va 1939 yilda rus fizigi V. A. Fabrikant tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan. Qisqa radio impulslar ko'rinishidagi stimulyatsiya qilingan emissiya birinchi marta kuzatilgan. Amerikalik fiziklar 1950 yilda E. Parsel va R. Pound. 1951 yilda VA Fabrikant va uning hamkasblari "elektromagnit nurlanishni (ultrabinafsha, ko'rinadigan, infraqizil, radio to'lqinlar) kuchaytirilgan nurlanishni o'tkazuvchi vositadan o'tkazish orqali kuchaytirish usuli" uchun mualliflik arizasini topshirdilar. teskari populyatsiya." Biroq, ushbu ilova faqat 1959 yilda nashr etilgan va kvant generatorlarini yaratish bo'yicha ishlarning borishiga hech qanday ta'sir ko'rsata olmadi. Chunki ularni qurishning fundamental imkoniyatlari 1950-yillarning boshlarida bir-biridan mustaqil ravishda SSSRda N.G.Basov A.M.Proxorov bilan, AQShda esa C.Taunslar J.Veber bilan muhokama qilina boshlagan. Va 1954-1956 yillarda radio diapazonining birinchi kvant generatori ishlab chiqildi va qurildi ( l= 1,25 sm), 1960 yilda - yoqut lazer va gaz lazeri va ikki yildan keyin - yarim o'tkazgich lazer. Lazer qurilmasi. Faol muhit turlarining xilma-xilligiga va teskari populyatsiyani olish usullariga qaramasdan, barcha lazerlar uchta asosiy qismga ega: faol muhit, nasos tizimi va bo'shliq. Faol muhit - teskari populyatsiya hosil bo'lgan modda - qattiq (yaqut yoki alyuminiy-ittriy granat kristallari, turli o'lchamdagi va shakldagi novdalar shaklida neodimiy aralashmalari bo'lgan shisha), suyuq (eritmalar) bo'lishi mumkin. anilin bo'yoqlari yoki neodim tuzlarining kyuvetlardagi eritmalari) va gazsimon (geliyning neon, argon, karbonat angidrid, shisha naychalardagi past bosimli suv bug'lari bilan aralashmasi). Yarimo'tkazgichli materiallar va sovuq plazma, kimyoviy reaktsiya mahsulotlari ham lazer nurlanishini ishlab chiqaradi. Faol muhit turiga qarab lazerlar yoqut, geliy-neon, bo'yoq va boshqalar deb ataladi. Rezonator - bu bir-biriga parallel bo'lgan bir juft nometall bo'lib, ular orasida faol muhit joylashgan. Bitta oyna ("zerikarli") unga tushadigan barcha yorug'likni aks ettiradi; ikkinchisi, yarim shaffof, nurlanishning bir qismi stimulyatsiya qilingan nurlanishni amalga oshirish uchun muhitga qaytadi va bir qismi lazer nuri shaklida tashqariga chiqariladi. "Kar" oyna sifatida ko'pincha umumiy ichki aks ettirish prizmasi ishlatiladi ( sm... OPTICS), shaffof sifatida - shisha plitalar to'plami. Bundan tashqari, ko'zgular orasidagi masofani tanlab, rezonatorni sozlash mumkin, shunda lazer faqat bitta qat'iy belgilangan turdagi nurlanish hosil qiladi (rejim deb ataladi). Nasos faol muhitda teskari populyatsiyani yaratadi va har bir vosita uchun eng qulay va samarali usul nasos. Qattiq va suyuq lazerlarda flesh lampalar yoki lazerlar ishlatiladi, gazsimon muhitlar elektr zaryadsizlanishi bilan, yarim o'tkazgichlar esa elektr toki bilan qo'zg'atiladi. Nasos tufayli bo'shliq ichiga joylashtirilgan faol elementda inversiya holatiga erishilgandan so'ng, uning atomlari vaqti-vaqti bilan fotonlarni chiqarib, o'z-o'zidan er sathiga tusha boshlaydi. Rezonator o'qiga burchak ostida chiqarilgan fotonlar bu yo'nalishlarda stimulyatsiya qilingan emissiyalarning qisqa zanjiriga sabab bo'ladi va tezda faol muhitni tark etadi. Va faqat rezonatorning o'qi bo'ylab harakatlanadigan, ko'zgularda qayta-qayta aks ettirilgan fotonlar kogerent nurlanish ko'chkisini hosil qiladi. Bunday holda, chastotalar (radiatsiya rejimlari) foydali holatda bo'lib, ularning yarim to'lqinlarining butun soni rezonator uzunligi bo'ylab butun songa to'g'ri keladi. Lazer turlari. Qattiq holatdagi lazerlar. Birinchi qattiq faol muhit yoqut edi - Cr +++ xrom ionlarining kichik aralashmasi bo'lgan korund kristalli Al 2 O 3. U 1960 yilda T. Meyman (AQSh) tomonidan ishlab chiqilgan. Neodimiy Nd, itriy alyuminiy granatasi Y 2 Al 5 O 12 aralashmasi bilan xrom, neodim va nodir tuproq elementlari qo'shilgan tayoqchalar bilan shisha ham keng qo'llaniladi. . Qattiq holatdagi lazerlar odatda 10-3 soniya davomida yonib-o'chadigan chiroq bilan pompalanadi va lazer pulsi yarmiga teng bo'ladi. Vaqtning bir qismi teskari populyatsiyani yaratishga sarflanadi va chaqnash oxirida yorug'lik intensivligi atomlarni qo'zg'atish uchun etarli bo'lmaydi va avlod to'xtaydi. Lazer zarbasi murakkab tuzilishga ega, u taxminan 10-6 soniya davom etadigan, taxminan 10-5 soniya oralig'i bilan ajratilgan ko'plab alohida cho'qqilardan iborat. Ushbu bepul ishlab chiqarish rejimida impuls kuchi o'nlab kilovattlarga yetishi mumkin. Nasos nurini kuchaytirish va lazer tayog'ining hajmini oshirish orqali quvvatni oshirish texnik jihatdan mumkin emas. Shuning uchun lazer impulslarining kuchi ularning davomiyligini kamaytirish orqali oshiriladi. Buning uchun bo'shliq nometalllaridan birining oldiga panjur o'rnatilgan bo'lib, u faol moddaning deyarli barcha atomlari yuqori darajaga o'tkazilgunga qadar lasingning boshlanishiga to'sqinlik qiladi. Keyin deklanşör qisqa vaqt davomida ochiladi va barcha to'plangan energiya ulkan puls deb ataladigan shaklda ko'rsatiladi. Energiya zahirasi va chaqnash davomiyligiga qarab, impuls kuchi bir necha megavattdan o'nlab teravattgacha (10 12 vatt) bo'lishi mumkin. Gaz lazerlari. Gaz lazerlarining faol muhiti past bosimli gazlar (simobning yuzdan bir necha millimetrgacha) yoki ularning aralashmalari shisha naychani lehimli elektrodlar bilan to'ldiradi. Geliy va neon aralashmasiga asoslangan birinchi gaz lazeri yoqut lazeridan ko'p o'tmay 1960 yilda A. Yavan, U. Bennet va D. Erriot (AQSh) tomonidan yaratilgan. Gaz lazerlari yuqori chastotali generator tomonidan ta'minlangan elektr zaryadidan pompalanadi. Ular xuddi qattiq holatdagi lazerlarda bo'lgani kabi radiatsiya hosil qiladi, lekin gaz lazerlari, qoida tariqasida, uzluksiz nurlanishni beradi. Gazlarning zichligi juda kichik bo'lganligi sababli, faol moddaning massasi yuqori nurlanish intensivligini olish uchun etarli bo'lishi uchun faol muhitga ega bo'lgan trubaning uzunligi etarlicha katta bo'lishi kerak. Gaz lazerlari gaz-dinamik, kimyoviy va eksimer lazerlarni ham o'z ichiga oladi (faqat qo'zg'aluvchan holatda mavjud bo'lgan molekulalarning elektron o'tishlarida ishlaydigan lazerlar). Gaz-dinamik lazer reaktiv dvigatelga o'xshaydi, unda yoqilg'i faol muhit gazlarining molekulalari qo'shilishi bilan yoqiladi. Yonish kamerasida gaz molekulalari qo'zg'aladi va tovushdan yuqori oqimda sovutilganda, gaz oqimi bo'ylab chiqadigan infraqizil mintaqada yuqori quvvatli kogerent nurlanish shaklida energiya chiqaradi. Kimyoviy lazerlarda (gaz-dinamik lazerning varianti) kimyoviy reaktsiyalar tufayli populyatsiya inversiyasi hosil bo'ladi. Eng yuqori quvvat atom ftorining vodorod bilan reaksiyasiga asoslangan lazerlar tomonidan ishlab chiqilgan: Suyuq lazerlar. Ushbu lazerlarning faol muhiti (bo'yoq lazerlari deb ham ataladi) har xil organik birikmalar yechimlar shaklida. Birinchi bo'yoq lazerlari 1960-yillarning oxirida paydo bo'lgan. Ularning ishchi moddasining zichligi oraliq o'rinni egallaydi qattiq tana va gaz, shuning uchun ular faol moddaga ega hujayraning kichik o'lchamlari bilan juda kuchli nurlanishni (20 Vtgacha) hosil qiladi. Ular impulsli va uzluksiz rejimlarda ishlaydi, ular impulsli lampalar va lazerlar bilan pompalanadi. Bo'yoq molekulalarining hayajonlangan darajalari keng; shuning uchun suyuq lazerlar bir vaqtning o'zida bir nechta chastotalarni chiqaradi. Va kyuvetlarni bo'yoq eritmalari bilan o'zgartirib, lazer nurlanishini juda keng diapazonda sozlash mumkin. Radiatsiya chastotasini silliq sozlash rezonatorni sozlash orqali amalga oshiriladi. Yarimo'tkazgichli lazerlar. Ushbu turdagi optik kvant generatorlari 1962 yilda bir vaqtning o'zida amerikalik tadqiqotchilarning bir nechta guruhi (R. Xoll, M.I. Noyten, T. Kvist va boshqalar) tomonidan yaratilgan, garchi uning ishining nazariy asoslanishi 1958 yilda N.G.Basov va uning hamkasblari tomonidan qilingan. Eng keng tarqalgan lazerli yarim o'tkazgich materiali - galliy arsenid GaAr. Kvant mexanikasi qonunlariga ko'ra qattiq jismdagi elektronlar ko'plab doimiy joylashgan sathlardan tashkil topgan keng energiya zonalarini egallaydi. Valentlik diapazoni deb ataladigan pastki band yuqori banddan (o'tkazuvchanlik zonasi) taqiqlangan deb ataladigan band bilan ajratiladi, unda energiya darajasi yo'q. Yarimo'tkazgichda o'tkazuvchanlik elektronlari kam, ularning harakatchanligi cheklangan, lekin issiqlik harakati ta'sirida alohida elektronlar valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tib, unda bo'sh joy - "teshik" qoldirishi mumkin. Va agar elektron energiyaga ega bo'lsa E e o'z-o'zidan o'tkazuvchanlik zonasiga qaytadi, u energiyaga ega bo'lgan teshik bilan "qayta birlashadi". E d, bu chastotali fotonning taqiqlangan zonasidan nurlanish bilan birga keladi n = E NS - E e) Yarimo'tkazgichli lazer doimiy elektr toki bilan pompalanadi (bu holda uning energiyasining 50 dan deyarli 100% gacha nurlanishga aylanadi); Rezonator odatda yarimo'tkazgich kristalining jilolangan yuzlaridir. Tabiatdagi lazerlar. Koinotda tabiiy kelib chiqadigan lazerlar topildi. Populyatsiya inversiyasi kondensatsiyalangan gazlarning ulkan yulduzlararo bulutlarida sodir bo'ladi. Koinot nurlanishi, yaqin yulduzlardan yorug'lik va boshqalar so'riladi.Aktiv muhitning (gaz bulutlari) gigant uzunligi - yuzlab million kilometrlar tufayli - bunday astrofizik lazerlar rezonatorlarga muhtoj emas. elektromagnit nurlanish to'lqin uzunligi oralig'ida bir necha santimetrdan (Qisqichbaqa tumanligi) mikrongacha (Eta Karina yulduzi yaqinida) ularda to'lqinning bir marta o'tishi bilan paydo bo'ladi. Lazer nurlanishining xossalari. An'anaviy termal nurlanish manbalaridan farqli o'laroq, lazer bir qator maxsus va juda qimmatli xususiyatlarga ega bo'lgan yorug'lik hosil qiladi. 1. Lazer nurlanishi kogerent va amalda monoxromatikdir. Lazerlar paydo bo'lishidan oldin, bu xususiyatga faqat yaxshi barqarorlashtirilgan uzatuvchi tomonidan chiqarilgan radio to'lqinlar ega edi. Va bu axborot va aloqani uzatish uchun ko'rinadigan yorug'lik diapazonini o'zlashtirishga imkon berdi va shu bilan vaqt birligi uchun uzatiladigan ma'lumotlar miqdorini sezilarli darajada oshirdi. Rag'batlantirilgan nurlanish rezonatorning o'qi bo'ylab qat'iy ravishda tarqalishi sababli, lazer nurlari zaif kengayadi: uning ajralib chiqishi bir necha yoy sekundiga teng. Bu fazilatlarning barchasi lazer nurini juda kichik nuqtaga qaratib, fokus nuqtasida ulkan energiya zichligini olish imkonini beradi. 2. Yuqori quvvatli lazer nurlanishi juda katta haroratga ega. Muvozanatli nurlanish energiyasi o'rtasidagi bog'liqlik E bu chastota n va uning harorati T Plankning nurlanish qonunini belgilaydi. Bu miqdorlar orasidagi munosabat koordinatalar chastotasi (abscissa) - energiya (ordinata)dagi egri chiziqlar oilasi shakliga ega. Har bir egri chiziq ma'lum bir haroratda emissiya spektrida energiya taqsimotini beradi. Lazer nurlanishi muvozanat emas, lekin shunga qaramay, uning energiyasini Plank formulasiga almashtiradi. E hajm va chastota birligi uchun n(yoki ularning qiymatlarini grafikda chizamiz), biz radiatsiya haroratini olamiz. Lazer nurlanishi amalda monoxromatik bo'lgani va energiya zichligi (uning birlik hajmidagi miqdori) juda yuqori bo'lishi mumkinligi sababli, radiatsiya harorati juda katta qiymatlarga yetishi mumkin. Masalan, petavatt (10 15 Vt) quvvatga ega bo'lgan impulsli lazer taxminan 100 million daraja radiatsiya haroratiga ega. Lazerlardan foydalanish. Lazer nurlanishining noyob xususiyatlari kvant generatorlarini fan va texnikaning turli sohalarida ajralmas vositaga aylantirdi. 1. Texnologik lazerlar. Kuchli uzluksiz lazerlar turli materiallardan tayyorlangan qismlarni kesish, payvandlash va payvandlash uchun ishlatiladi. Yuqori radiatsiya harorati boshqa usullar bilan birlashtirilmaydigan materiallarni (masalan, metalldan keramikaga) payvandlash imkonini beradi. Nurlanishning yuqori monoxromatikligi nurni diametri mikron tartibidagi nuqtaga qaratishga imkon beradi (dispersiya yo'qligi sababli, sm... Vibratsiyalar va to'lqinlar) va undan mikrosxemalarni ishlab chiqarish uchun foydalaning (lazerli chizish usuli - yupqa qatlamni olib tashlash). Ehtiyot qismlarni vakuumda yoki inert gaz atmosferasida qayta ishlash uchun lazer nurlari shaffof oyna orqali texnologik kameraga kiritilishi mumkin. Mukammal tekis lazer nurlari qulay "o'lchagich" bo'lib xizmat qiladi. Geodeziya va qurilishda impulsli lazerlar erdagi masofalarni o'lchash uchun ishlatiladi, ularni yorug'lik pulsi ikki nuqta o'rtasida harakat qilish vaqtiga qarab hisoblaydi. Sanoatda aniq o'lchovlar mahsulotning oxirgi yuzalaridan aks ettirilgan lazer nurlarining aralashuvi yordamida amalga oshiriladi. 2. Lazerli aloqa.Lazerlarning paydo bo‘lishi aloqa texnologiyasi va axborotni yozib olishda inqilob qildi. Mavjud oddiy naqsh : aloqa kanalining tashuvchi chastotasi (qisqa to'lqin uzunligi) qanchalik baland bo'lsa, uning o'tkazish qobiliyati shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun dastlab uzun to'lqinlar diapazonini o'zlashtirgan radioaloqa asta-sekin qisqargan to'lqin uzunliklariga o'tdi. Ammo yorug'lik radio to'lqinlari bilan bir xil elektromagnit to'lqin bo'lib, faqat o'n minglab marta qisqaroq, shuning uchun lazer nuri yuqori chastotali radiokanalga qaraganda o'n minglab marta ko'proq ma'lumot uzatishi mumkin. Lazerli aloqa optik tolali - yupqa shisha filamentlar orqali amalga oshiriladi, unda yorug'lik to'liq ichki aks etishi tufayli deyarli yuzlab kilometrlarga yo'qotmasdan tarqaladi. Tasvirlarni (jumladan, harakatlanuvchilarni) va ovozni kompakt disklarga yozib olish va ko'paytirish uchun lazer nurlaridan foydalaniladi. 3. Lazerlar tibbiyotda . Lazer texnologiyasi jarrohlikda ham, terapiyada ham keng qo'llaniladi. Ajratilgan to'r parda ko'z qorachig'i orqali kiritilgan lazer nurlari bilan "payvandlanadi" va fundus nuqsonlari tuzatiladi. "Lazer skalpel" bilan amalga oshiriladigan jarrohlik operatsiyalari tirik to'qimalar uchun kamroq shikastlidir. Va kam quvvatli lazer nurlanishi yaraning bitishini tezlashtiradi va sharq tabobati (lazer akupunkturi) tomonidan qo'llaniladigan akupunkturga o'xshash ta'sirga ega. 4. Ilmiy tadqiqotlarda lazerlar . Ajoyib yuqori harorat radiatsiya va uning energiyasining yuqori zichligi materiyani faqat issiq yulduzlarning ichaklarida mavjud bo'lgan ekstremal holatda o'rganish imkonini beradi. Lazer nurlari tizimi (inertial termoyadro sintezi deb ataladigan) bilan deyteriy va tritiy aralashmasi bo'lgan ampulani siqib, termoyadroviy reaktsiyani amalga oshirishga urinishlar qilinmoqda. V genetik muhandislik va nanotexnologiya (xarakterli o'lchami 10-9 m bo'lgan ob'ektlar bilan bog'liq texnologiya) lazer nurlari genlar, biologik molekulalar va millimetrning milliondan bir qismi (10-9 m) qismlarini kesib, harakatlantiradi va bog'laydi. Atmosferani o'rganish uchun lazerli lokatorlar (lidarlar) ishlatiladi. 5. Harbiy lazerlar. Lazerlarning harbiy qo'llanilishi ularning maqsadni aniqlash va aloqa qilish uchun ishlatilishini va qurol sifatida foydalanishni o'z ichiga oladi. Dushmanning jangovar sun'iy yo'ldoshlari va samolyotlarini kuchli kimyoviy va eksimer lazerlar, erdagi yoki orbital nurlari bilan yo'q qilish yoki o'chirish rejalashtirilgan. Ekipajlarni qurollantirish uchun lazerli to'pponcha namunalari yaratildi orbital stansiyalar harbiy foydalanish. Mubolag'asiz aytish mumkinki, 20-asr o'rtalarida paydo bo'lgan lazerlar insoniyat hayotida yarim asr avval elektr va radio bilan bir xil rol o'ynagan. Sergey Trankovskiy Download 0.55 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|