Referati mavzu: Erkin elektronlarda ishlovchi lazerlar Tekshirdi: Bajardi: Ahmadaliyeva B. Toshkent 2022

Referati mavzu: Erkin elektronlarda ishlovchi lazerlar Tekshirdi: Bajardi: Ahmadaliyeva B

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY TA`LIM VAZIRLIGI
MIRZO ULUG`BEK NOMIDAGI O`ZBEKISTON
MILLIY UNIVERSITETI
Optika yo`nalishi
1-kurs magistranti
Ahmadaliyeva Barnoxon Inomjon qizining
Kvant elektronikasi fanidan tayyorlagan

REFERATI

Mavzu: Erkin elektronlarda ishlovchi lazerlar

Tekshirdi:

Bajardi: Ahmadaliyeva B.

Toshkent 2022

Mavzu: Erkin elektronlarda ishlovchi lazerlar

Reja:

1. Lazer nurlari manbalari va lazerlar tasnifi

   
   

2. Erkin elektronli lazerlar

   
   

3. Tibbiyotda lazerlar qo`llanilishi

   
   

Xulosa
Foydalan foydalanilgan adabiyotlar

Lazer nurlanish energiyasi va quvvati
"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. Quvvat... Yaqutdan yasalgan faol moddaga ega bo'lgan birinchi lazerlarda yorug'lik impulsining energiyasi taxminan 0,1 J ni tashkil etdi. Hozirgi vaqtda ba'zi qattiq holatdagi lazerlarning nurlanish energiyasi minglab joulga etadi. Yorug'lik impulsining qisqa muddatli ta'siri bilan ulkan kuchlarni olish mumkin. Shunday qilib, neodimiy lazer 3 · 10 -12 s davomiylikdagi impulslarni hosil qiladi va 75 J impuls energiyasida uning kuchi 2,5 · 10 13 Vt ga etadi! (Taqqoslash uchun, Krasnoyarsk GESining quvvati 6 × 10 9 Vt.) Gaz lazerlarining kuchi ancha past (50 kVtgacha), lekin ularning afzalligi shundaki, ular doimiy ravishda chiqariladi, garchi impulslar ham mavjud. gaz lazerlari orasida lazerlar.
Lazer nurlanishining energiyasi va quvvatl. Lazerning ish rejimiga qarab xususiyatlarini turli fizik kattaliklar bilan ifodalash mumkin. Lazer uzluksiz nur chiqaruvchi maromda (rejimda) ishlaganda uning xususiyatini xarakterlovchi asosiy kattalik sifatida quvvat olinadi. Hozirgi mavjud lazerning nurlanish quvvati keng intervalda (oraliqda) o‘zgaradi. MasaJan: 10~3 Vt dan 10-6 Vt gacha va undan ortiq quvvatli lazerlar yaratilgan. Shunga qarab quvvati 10~3 Vt dan kichik qiymatga ega
lazerlar past quvvatli, quvvati 10-6 Vt dan katta lazerlar yuqori quvvatli lazerlar hisoblanadi.Nurlanish intensivligi I va quvvati P orasidagi boglanish p = i -s (1-34)
orqali ifodalanadi. Bu yerda S - nurning ko‘ndalang kesim yuzasi. Impuls va davriy impuls maromida ishlaydigan lazerlar uchun nurlaming bir impulsdagi energiyasi e„ impulsning davom etish vaqti t„ impulslaming qaytarilish chastotasi v„ nurlanishning o‘rtacha quvvati pv va impuls quvvati p„ kabi kattaliklar muhim o‘rin tutadi. Lazer texnikasida ishlatiladigan maxsus usullar yordamida impulsning davom etish vaqti 10~2s boMgan lazerlar yaratilgan. Bunday lazer nurlanishlari impulslaridan alohida ajratilgan nurlanishning bir impuls energiyasi e„ kichik 1+10 J qiymatga ega bo‘lishiga qaramay, lazer nurining impuls qiymati juda kattadir.
ifodaga ko'ra bunday lazer quvvati katta qiymatga ega bo`ladi Rezonator aslligini niodulatsiyalash natijasida impulsning davom etish vaqti 10~9s atrofida bo‘lgan holda qattiq jismli faol muhitga ega lazerning bitta impuls energiyasini 104≪/ga yetkazish mumkin. Rezonator - muayyan takroriylikdagi tashqi kuch ta’sir qilganda eng katta amplituda bilan tebranish qobiliyatiga ega bo`lgan tebranish tizimi. Asllik - reaktiv quvvatning dielektrik yo‘qotishlar burchagi kotangensiga teng kuchlanish ostida turgan izolatsiyasidagi dielektrik yo‘qotishlarga nisbati. Modulatsiya - qandaydir muntazam fizikaviy jarayonni tavsiflovchi kattaliklami vaqt davomida berilgan qonun bo‘yicha o‘zgarish. Lazerda yana bir kattalik, foydali ish koeffitsiyenti bilan ham farqlanadi. Qattiq jismli faol muhitga ega lazerlar h- 5, gaz lazerlari 1 + 15, yarimo‘tkazgich lazerlar 40 + 60% foydali ish koeffitsiyenti ga ega. Lazerlami loyihalashda lazerning foydali ish koeffitsiyentlarini oshirishga alohida ahamiyat beriladi. Chunki past foydali ish koeffitsiyentiga ega lazerlarda faol muhitni sovitib turish ancha murakkab muammolardan biridir. Lazer nurlanishining to‘lqin uzunligi. Lazerlarning to'lqin uzunligi qiymati bo‘yicha rentgen nurlaridan tortib infraqizil nurlarigacha to‘g'ri keladigan oraliqda nur chiqaradi. Ularning to‘lqin uzunliklari К 105 nm oraliqda yotadi.
Lazer nurlanishining monoxromatikligi. Ma’lumki, tabiatda to‘la monoxromatik bo‘lgan to'lqinlur muvjud emus. Qat’iy bir chastotaga ega bo'lgan, kengligi v->о to`lqinlami monoxromatik to ‘Iqinlar deb ataladi, ya’ni sinusoidal qonun bilan o`zgaruvchi va cheksiz davomiylikka ega bo‘lgan to'lqinlar to‘la monoxromatik to`lqinlar bo‘ladi. Lazer nurlanishining monoxromatikligi deganda lazerning juda kichik chastota oralig‘ida nurlanish qobiliyati tushuniladi Lazer nurlanish chizig‘ining kengligi generatsiya chog‘ida hosil bo‘ladigan chiziqlar soni bilan aniqlanadi. U qattiq jismli faol muhitga ega lazerlarda (masalan yoqut, neodim lazerlari) kuzatiladi. Bir chastotali lazerlaming nurlanish chizig'i kengligi
Av = 2P ■ (Avr) ^ formula orqali ifodalanadi. Bu yerda, Avr - rezonator chizig‘ining kengligi, R - nurlanish quvvati. Xususan, He - Ne lazer uchun Ai'/vo ~ Ю-12 -5- 10"13 ga teng bo‘lishi mumkin. Odatda lazer nurlanish chizig‘ining kengligi faol muhitning bir jinsli emasligi, rezonator ko‘zgularining yetarli aniqlikda tayyor emasligi, rezonator uzunligining titrashi natijasida o'zgarib turishi nazariy hisoblangan qijTnatlardan ancha katta bo‘ladi. Maxsus sharoitlami hosil qilganda lazer nurlanishi kengligini 103 Gs gacha tushirish mumkin. Buning uchun faol muhitning issiqlik kengayish koeffitsiyenti kichik bo‘lishi, rezonator ko‘zgulari qo‘zg‘olmas taglikka o‘matilishi va titrashlardan xoli bo‘lishi kerak. Lazer nurlanish monoxromatikligi boshqa har qanday yorug`lik manbalarining monoxromatikligidan g‘oyatda yuqoridir, ya’ni lazerning birlik chastota orlig'ida nurlanishi boshqa yorug‘lik manbalarining shunday nurlanishidan nihoyatda katta bo'ladi. Haqiqiy nurlanish monoxromatik bo'lishi mumkin emas, chunki u ko'plab poezdlardan iborat bo'lib, tor spektrli intervalli, taxminan o'rtacha to'lqin uzunligi bilan tavsiflanishi mumkin bo'lgan nurlanish amalda monoxromatik hisoblanadi. Lazerlar paydo bo'lishidan oldin, tor to'lqin uzunlikdagi diapazonni uzluksiz spektrdan ajratib turadigan prizma monoxromatorlari yordamida ma'lum darajada monoxromatiklik bilan nurlanishni olish mumkin edi, lekin bunday diapazondagi yorug'lik kuchi juda past. Lazer nurlanishi mavjud yuqori daraja monoxromatiklik. Ba'zi lazerlar tomonidan ishlab chiqarilgan spektral chiziqlarning kengligi 10-7 nm ga yetadi. Polarizatsiya. Bir poezd ichidagi elektromagnit nurlanish qutblangan, ammo yorug'lik nurlari bir-biridan mustaqil bo'lgan ko'plab poezdlardan iborat bo'lganligi sababli, tabiiy yorug'lik qutblanmagan va qutblangan yorug'likni olish uchun maxsus qurilmalar - Nikolay prizmalari, polaroidlar va boshqalar ishlatiladi. Tabiiy yorug'likdan farqli o'laroq lazer nuri butunlay qutblangan.
Radiatsiyaning yo'nalishi. Lazer nurlanishining muhim xususiyati uning qat'iy yo'nalishi bo'lib, yorug'lik nurlarining juda kam divergensiyasi bilan tavsiflanadi, bu yuqori darajadagi kogerentlikning natijasidir. Ko'pgina lazerlarning divergentsiya burchagi taxminan 10-3 radga yetkaziladi, bu bir yoy daqiqasiga to'g'ri keladi. An'anaviy yorug'lik manbalarida to'liq erishib bo'lmaydigan bunday yo'nalish yorug'lik signallarini ularning intensivligini juda kam pasaytirgan holda katta masofalarga uzatish imkonini beradi, bu axborot uzatish tizimlarida yoki kosmosda lazerlardan foydalanishda juda muhimdir.
Elektr maydon kuchi. Lazer nurlanishini oddiy yorug'likdan ajratib turadigan yana bir xususiyat - undagi elektr maydonining yuqori intensivligi. Elektromagnit energiya oqimining intensivligi I - EH(Umov - Poynting formulasi), bu erda E va H- mos ravishda elektromagnit to'lqindagi elektr va magnit maydonlarning intensivligi. Demak, 10 18 Vt / m 2 intensivlikdagi yorug'lik to'lqinidagi elektr maydon kuchi 3-10 10 V / m ga teng ekanligini hisoblash mumkin, bu atom ichidagi maydon kuchidan oshadi. An'anaviy yorug'lik manbalari tomonidan yaratilgan yorug'lik to'lqinlarida maydon kuchi 10 4 V / m dan oshmaydi. Tanaga tushganda elektromagnit to'lqin to'lqin energiyasi oqimining intensivligiga mutanosib ravishda bu jismga mexanik bosim o'tkazadi. Yoz kunida yorug'lik tomonidan yaratilgan yorug'lik bosimi quyosh nuri, taxminan 4 10 -6 Pa (atmosfera bosimi 10 5 Pa ekanligini eslang). Lazer nurlanishi uchun yorug'lik bosimi 10 12 Pa ga etadi. Ushbu bosim sizga eng qattiq materiallarni - olmos va o'ta qattiq qotishmalarni qayta ishlashga imkon beradi (zarb qilish, teshiklarni kesish va h.k.).
Yorug'likning materiya bilan o'zaro ta'siri (aks etish, yutilish, dispersiya) yorug'lik to'lqinining elektr maydonining moddaning optik elektronlari bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi. Elektr maydonidagi dielektrik atomlar qutblanadi. Past intensivlikda moddaning birlik hajmidagi dipol momenti (yoki qutblanish vektori) maydon kuchiga proportsionaldir. Moddaning barcha optik xususiyatlari, masalan, sindirish ko'rsatkichi, yutilish ko'rsatkichi va boshqalar, qandaydir tarzda yorug'lik to'lqinining elektr maydonining kuchi bilan belgilanadigan qutblanish darajasi bilan bog'liq. Bu bog'lanish chiziqli bo'lgani uchun, ya'ni. kattalik R mutanosib E, Bu nisbatan past intensivlikdagi nurlanish bilan shug'ullanadigan optikani chiziqli optika deb atashga asos beradi. Lazer nurlanishida to'lqinning elektr maydonining kuchi atomlar va molekulalardagi maydon kuchi bilan taqqoslanadi va ularni moddiy chegaralarda o'zgartirishi mumkin. Bu quyidagilarga olib keladi: dielektrik sezuvchanlik doimiy qiymat bo'lishni to'xtatadi va maydon kuchining ma'lum bir funktsiyasiga aylanadi. . Shunday qilib, polarizatsiya vektorining maydon kuchiga bog'liqligi endi bo'lmaydi chiziqli funksiya... Shuning uchun, moddaning dielektrik o'tkazuvchanligi, sindirish ko'rsatkichi, yutilish ko'rsatkichi va boshqa optik miqdorlar endi doimiy bo'lmagan, lekin intensivlikka bog'liq bo'lgan muhitning chiziqli bo'lmagan qutblanishi va shunga mos ravishda chiziqli bo'lmagan optika haqida gapiriladi. hodisa yorug'ligi. Boshqa yorug'lik manbalari bilan solishtirganda, lazer nurlanishining kogerentligi va yuqori yo'nalishi bilan bog'liq bo'lgan bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega. "Lazer bo'lmagan" yorug'lik manbalarining nurlanishi bu xususiyatlarga ega emas. Isitilgan tananing chiqaradigan quvvati uning harorati bilan belgilanadi T. Mutlaq qora tan uchun erishish mumkin bo'lgan nurlanish oqimining eng yuqori mumkin bo'lgan qiymati, W = 5,7 × 10-12xT 4 Vt / sm 2. Radiatsiya kuchi T ortishi bilan tez o'sib boradi va yuqori T uchun juda yuqori qiymatlarga etadi. Shunday qilib, Quyosh yuzasining har bir 1 sm 2 (T = 5800 K) W = 6,4 × 10 3 vatt quvvat chiqaradi. Biroq, issiqlik manbasidan radiatsiya manbadan barcha yo'nalishlarda tarqaladi. Bunday manbadan yo'naltirilgan nurning shakllanishi, diafragmalar tizimi yoki linzalar va nometalllardan tashkil topgan optik tizimlar yordamida amalga oshiriladi, har doim energiya yo'qolishi bilan birga keladi. Hech qanday optik tizim yoritilgan ob'ekt yuzasida yorug'lik manbasining o'zidan kattaroq nurlanish quvvatini olishga imkon bermaydi. Agar lazer nurlanishining intensivligi mutlaqo qora jismning nurlanish intensivligi bilan bir xil spektral va burchakli oraliqlarda taqqoslansa, u holda termal yorug'lik manbalarining haqiqatda erishish mumkin bo'lgan haroratidan milliardlab va undan ko'p marta yuqori bo'lgan ajoyib yuqori haroratlar olinadi. Bundan tashqari, nurlanishning past tabaqalanishi an'anaviy optik tizimlardan foydalangan holda yorug'lik energiyasini juda katta energiya zichligini yaratib, ahamiyatsiz hajmlarda to'plash imkonini beradi. Radiatsiyaning kogerentligi va yo'nalishi lazer bo'lmagan yorug'lik manbalari qo'llanilmaydigan yorug'lik nurlaridan foydalanishning tubdan yangi imkoniyatlarini ochadi. Lazer nurlanishining yo'nalishi asosan ochiq bo'shliqda faqat o'sha to'lqinlar qo'zg'alishi mumkinligi bilan belgilanadi, ular bo'shliq o'qi bo'ylab yoki unga juda kichik burchak ostida yo'naltiriladi. Fazoviy kogerentlikning yuqori darajasi bilan lazer nurining divergentsiya burchagi diffraktsiya bilan aniqlangan chegaraga yaqin bo'lishi mumkin. Odatdagi qiymatlar: gaz lazerlari uchun (0,5-5) x10 -3 radian, qattiq holat uchun (2-20) x10 -3 radian, yarim o'tkazgich lazerlar uchun (5-50) x10 -2 radian.