Termiz davlat universiteti fakulteti

Birinchidan, ishlaydigan modda
Lazerning asosiy qismida faqat energiya darajasidagi o'tishga erisha oladigan moddalar lazer uchun ishlaydigan moddalar sifatida ishlatilishi mumkin.
Second, rag'batlantiruvchi energiya
Uning roli ishchi moddalarni energiya bilan ta'minlashdir, atom past energiya sathidan yuqori energiya sathining tashqi energiyasiga qadar hayajonlanadi. Odatda yorug'lik energiyasi, issiqlik energiyasi, elektr energiyasi, kimyoviy energiya va boshqalar mavjud.
Uchinchidan, optik bo'shliqning roli:
Birinchidan, ishlaydigan moddaning stimulyatsiya qilingan nurlanishi doimiy ravishda amalga oshiriladi;
Ikkinchisi - fotonni doimiy ravishda tezlashtirish;
Uchinchisi - lazer chiqishi yo'nalishini cheklash.
Eng oddiy optik bo'shliq HeNe lazerining uchlarida joylashgan o'zaro parallel ikkita oynadan iborat. Ba'zi bir deyteriy atomlari zarrachalar inversiyasiga erishadigan ikkita energiya darajasi o'rtasida o'tganda va fotonlarni lazer yo'nalishiga parallel ravishda chiqarganda, bu fotonlar ikkala nometall o'rtasida oldinga va orqaga aks etadi va shu bilan doimo stimulyatsiya qilingan nurlanish paydo bo'ladi. Juda kuchli lazer juda tez ishlab chiqariladi.
Lazer diodasi eng ko'p ishlatiladigan lazerlardan biridir. Diyotning PN birikmasining ikkala tomonidagi elektronlar va teshiklarning o'z-o'zidan rekombinatsiyasi hodisasi spontan emissiya deyiladi. O'z-o'zidan emissiya natijasida hosil bo'lgan fotonlar yarimo'tkazgichdan o'tayotganda, ular chiqarilgan elektron-teshik juftlaridan o'tgandan so'ng, ular yangi fotonlarni ishlab chiqarish uchun rekombinatsiya qilish uchun hayajonlanishi mumkin, bu esa hayajonlangan tashuvchilarni rekombinatsiyaga va yangi fotonlarni chiqarishga undaydi. Bu hodisa stimulyatsiya qilingan nurlanish deb ataladi.
Agar in'ektsiya oqimi etarlicha katta bo'lsa, issiqlik muvozanat holatiga qarama-qarshi tashuvchi tarqalishi hosil bo'ladi, ya'ni populyatsiya soni teskari bo'ladi. Faol qatlamdagi tashuvchilar ko'p sonli teskari yo'nalishda bo'lganida, oz miqdordagi o'z-o'zidan hosil bo'lgan fotonlar rezonansli bo'shliqning ikkala uchida o'zaro aks etishi tufayli induktiv nurlanish hosil qiladi, natijada chastotali selektiv rezonansning tanlangan teskari aloqasi yoki ma'lum bir chastota. Qabul qilish yutilish yo'qotilishidan kattaroq bo'lsa, PN birikmasidan yaxshi spektral chiziqli, lazerli yorug'lik chiqishi mumkin. Lazer diodlarining ixtirosi lazer dasturlarini, har xil turdagi ma'lumotlarni skanerlash, optik tolali aloqa, lazer diapazoni, lazer radarlari, lazer disklari, lazer ko'rsatgichlari, supermarket kollektsiyalari va boshqalarni tezkor ravishda qo'llashga imkon beradi va turli xil dasturlar doimiy ravishda ishlab chiqilib ommalashmoqda.
Yorug‘lik atomlar, molekulalar va ionlar tomonidan nurlanadi. Atom (molekula, ion) asosiy holatda bo‘lganda, u nur sochmaydi va bu holatda u cheksiz uzoq vaqt bo‘lishi mumkin. Ammo atom unga tashqi elektromagnit maydon yoki zarralar (masalan, boshqa atomlar yoki elektronlar) ta’sir etishi natijasida uyg‘ongan holatga o‘tishi mumkin. Atomning uyg‘ongan holatda bo‘lish vaqti juda kichik.
Atom uyg‘ongan holatdan asosiy holatga o‘tganda o‘zidan foton chiqaradi. Atomning nur sochish vaqti 10^–8s tartibidadir. Atomlarning uyg‘ongan holatdan uyg‘onmagan holatga o‘tishi o‘z- o‘zidan yuz berganligi uchun, nurlar har xil qutblanish tekisligiga ega bo‘lgan va har xil fazali fotonlardan iborat bo‘ladi. Har xil atomlar nurlanishining fazalari va qutblanishi orasida hech qanday moslik yo‘q. Har xil atomlar nurlanishining chastotalari ham har xil. Bunday nurlanish kogerent bo‘lmasdan, uning to‘lqinlari fazoda interferension manzara hosil qilmaydi.
Atomlarning o‘z-o‘zidan yuqori energetik holatlardan pastki energetik holatlarga o‘tishi natijasida hosil bo‘lgan nurlanish spontan nurlanish deyiladi. A. Eynshteyn 1918- yili nazariy tekshirishlar asosida atomlarning uyg‘ongan (yuqori energetik) holatdan uyg‘onmagan (pastki energetik) holatga o‘tishi nafaqat o‘z-o‘zidan, balki majburiy (induksiyalangan) bo‘lishi ham mumkin, degan xulosaga keldi. Bunday o‘tish uyg‘ongan atom yonidan o‘tuvchi
boshqa foton ta’sirida sodir bo‘lishi mumkin. Bunda uyg‘ongan atom (molekula, ion) o‘zini uyg‘ongan holatdan uyg‘onmagan holatga o‘tishini yuzaga keltirgan fotondan mutlaqo farqlanmaydigan foton chiqaradi. Bunda induksiyalangan nurlanishni yuzaga keltiruvchi foton ham o‘zgarmaydi. 1939- yili mashhur fizik V.A. Fabrikant yorug‘likni kuchay- tirishning majburiy nurlanish hodisasidan foydalanishga asoslangan usulini taklif etdi. Bu usulning mohiyati quyidagicha. Ayrim moddalarning atomlarida shunday uyg‘ongan holatlar borki, atomlar bu holatlarda uzoq vaqt davomida (bir sekund) bo‘la oladi. Bunday holatlar metastabil holatlar deyiladi. Atomlarida metastabil holatlari bo‘lgan moddalarga rubinaluminiy oksidi Al₂O₃ misol bo‘la oladi, ularda aluminiy atomlarining bir qismi o‘rnini metastabil holatlari bo‘lgan xrom ionlari egallagan.
Rubin (yoqut) yorug‘lik bilan yoritilganda xrom ionlari uyg‘onadi va E₃ energetik sathga mos keluvchi holatga o‘tadi (9fi- rasm). Juda qisqa vaqt oralig‘i (10^–8s) o‘tgandan so‘ng uyg‘ongan xrom atomlarining ko‘pchiligi E₂ metastabil holatga o‘tadi.
E₃ sathdan E₂ ga o‘tishda nurlanish bo‘lmaydi; bu o‘tishda ajralgan energiya kristall panjaraga beriladi, natijada kristallning temperaturasi ko‘tariladi. Agar rubin kristali uzoq vaqt davomida yoritilsa, xrom ionlarining E₂ metastabil sathiga elektronlarning juda zich „joylashuvi“ yuz beradi (95-a rasm). Agar rubin sterjenga uning uchlaridan biri orqali sterjen o‘qi yo‘nalishida kuchsiz yorug‘lik dastasi tushsa, E= hv energiyasi xrom ionining metastabil va asosiy holatlari energiyalari ayirmasi E₂—E₁ ga teng bo‘lgan fotonlar bu ionlarning E₂ holatidan E₁ ga o‘tishlarini va ana shunday hv=E₂—E₁ energiyali fotonlarning nurlanishini yuzaga keltiradi. Fotonlar soni ikki marta ortadi.