1 – laboratoriya ishi lazer nurlarining fazoviy kogerentligini yung usuli orqali tekshirish
Download 272.54 Kb. Pdf ko'rish
|
1-lab. Lazer
- Bu sahifa navigatsiya:
- Kerakli asboblar
- NAZARIY QISM
- Sinov savollari
- Adabiyotlar
|
1 – LABORATORIYA ISHI LAZER NURLARINING FAZOVIY KOGERENTLIGINI YUNG USULI ORQALI TEKSHIRISH
va ishlash prinsipi bilan tanishish va lazer nurining fazoviy
kogerentligini ikki
tirqish orqali
interferensiyasi orqali tadqiq qilish. Kerakli asboblar: geliy-neonli (He-Ne) lazer, linza, xira shisha, tirqishli ekran, koʻrish trubasi.
1. Xalqaro birliklar sistemasi (XBS) da amalga oshirilgan hisob- kitob va rasmiylashtirilgan hisobot. 2. Sinov savollariga javob berish.
Gazli lazerning tuzilishi 1.1-rasmda koʻrsatilgan. Gazli lazer K 1 va
K 2 koʻzgular orasiga joylashtirilgan aktiv element (1.1-rasm) va katta kuchlanish manbaidan iboratdir (u rasmda koʻrsatilmagan).
He-Ne gazli lazerning aktiv elementi ichki diametri 5 10 mm, uzunligi bir necha 10 cm ga teng boʻlgan gaz razyadli trubkadan iboratdir. Trubka partsial bosmlari mos ravishda 1 mm sim. ust. va 0,1 mm sim. ust. ga ega boʻlgan geliy va neon bilan toʻldirilgan. Nurlanishning yoʻqolishiga imkon bermaslik uchun trubkaning uchlari 1 2
4 5 6 6 ~ 4 2 3
1. razryad nayi, 2. Bryuster burchagi ostida qo‘yilgan shisha qoplamalar, 3. doimiy tokli razryad olish uchun o‘rnatilgan elektrodlar, 4. razryad nayining ustki ikki yuzasida uning uzunligi bo‘ylab quyilgan metal elektrodlar, 5. yuqoti chastotali elektromagnit maydon generatori, 6. optik resonator ko‘zgulari. K 1
K 2
Bryuster burchagi ostida joylashtirilgan yassi-parallel shisha
plastinkalar bilan berkitilgan. Razryad
trubkasining elektrodlariga 1,5
kuchlanish berilganida elektr razryadi boshlanadi va u trubkaning yorqin shulalanishi tarzda kuzatiladi. Trubkaning razryadlovchi toki bir necha oʻn milliampergacha yetadi. Fabri-Pero rezonatorini hosil qilish uchun sferik – K 1 va yassi – K 2 koʻzgularning oʻtkazuvchanlik koeffitsinetlari mos ravishda 2% va 1% chamasi boʻladi. Rezonatordan nurlanishni chiqarish uchun 3% koʻzgu xizmat qiladi. Geliy-neon lazerida ishchi modda sifatida neondan foydalaniladi. Lazer nurlanishini uygʻotish uchun neon ishchi oʻtish sathlarni invers bandligini hosil qilish zarurdir. Agar yuqori energeyali sathning bandligi quyi energiyali sathning bandligidan katta boʻlsa, u holda bunday sistema invers bandlikka ega yoki manfiy temperaturali sistema deyiladi. Oddiy sharoitlarda sathlarning bandligi Boltsman taqsimoti n=n o
–E/(kT) ga boʻysunadi, ya’ni sathning energiyasi E qanchalik katta boʻlsa, shu sathdagi elektronlar soni shunchalik kam boʻladi. Gliy-neonli lazerdagi invers bandlik uygʻotilgan geliy atomlarni, neon atomlari bilan toʻqnashishi natijasiga yuzaga keladi. Mazkur jarayon ikki bosqichda oʻtadi. Nurlanishni generatsiyalash jarayonini tushunish uchun geliy-neonning energetik sathlairni koʻrib chiqaylik. Geliy uzoq muddat yashovchi (metastabil) (1.2-rasm) ikkita E 2
3 sathlarga ega.
O‘zaro to‘qnashish Elek
tro n lar b il an uy g‘ otis h
2
He Е 3 He metastabil sathi
ato
m lar
i b ilan
uy g‘ otis h
1
3
4
Е 2
sp o n tan
o‘ tis h Lazer generatsiyasi λ=632,8 nm 1.2–rasm Elektronning mazkur sathlarda yashash vaqti 10 –3 s (oddiy sathlarda 10 –8 s). Mazkur holatlarga gaz razryadi jarayonida elektironlarning toʻqnashuvi natijasida uygʻotiladi. Yashash vaqti juda katta boʻlganligi uchun razryadda metastabil atomlar kontsentratsiyasi nihoyatda kattadir. Geliy sathlarning E 2 energiyalari neon sathlarning E 3 va E 4 energiyasiga juda yaqin. Shuning uchun ularning urilishi natijasida uygʻotish energiyasi geliy atomlaridan neon atomlarga uzatiladi. U 1.2-rasmda gorizontal punktir strelka bilan koʻrsatilgan. Buning natijasida E 3 va E 4 sathlardagi elektironlarning kontsentratsiyasi keskin ortib ketadi va E 3 hamda E 4 sathlarning invers bandligi yuzaga keladi. Sathlari invers bandlikka ega boʻlgan aktiv muhit optik nurlanishni ishchi oʻtish chastotasida koʻpaytirish qobiliyatiga egadir. Energiyasi E 1 sathdan energiyasi E 2 sathga spontan (oʻz-oʻzidan) oʻtishlar toʻlqin uzunligi 632,8 nm boʻlgan nurlanishni vujudga keltiradi. Mazkur nurlanish rezonator koʻzgulardan qaytishi va aktiv muhit orqali oʻtishi natijasida E 4 –E 1 majburiy oʻtishni vujudga keltiradi va u 632,8 nm toʻlqin uzunligi nurlanishni eksponentsial qonun boʻyicha kuchaytiradi. Kuchayishlar yoʻqotishlardan katta
boʻlganda (yoʻqotishlar koʻzgulardan noideal qaytish natijasida hosil boʻladi) K 2
nurlanish yuqori vaqtiy va fazoviy kogirentlikka egadir. Uning tarqalishi (yoyiluvchanligi) difraksiyasi chegaraga yaqinlashadi. Geliy- neon lazeri nurlanishining quvvati bir millivattdan bir necha oʻn millivattgacha qiymatga ega. Yorugʻlikning (nurlanishning) kogerentligi va monoxromatikligi Yorugʻlikning nurlanishi atomning uygʻotilgan holatidan asosiy holatiga oʻtishida, ya’ni sathlar orasidagi energiyalar farqi yorugʻlik toʻlqiniga aylanganda, hosil boʻladi. Nurlanish jarayoni 10 –8 s chamasi davom etadi. Shu vaqt ichida atom oʻzidan uzunligi 3 m ga teng boʻlgan toʻlqinlar tizmasi tarqatadi. Oddiy shraoitlarda, turli atomlar nurlanish jarayoni tasodifiy yoʻnalishda roʻy beradi, ya’ni turli atomlar nurlanishalri fazasi turlicha tasodifiy qiymatlarga ega boʻlishi mumkin. Buning natijasida nurlanishlar oʻzaro qoʻshilganda ham, ularning fazalari tasodifiy oʻzgarganligi tufayli interfrentsiya manzarsi kuzatilmaydi, ya’ni
nurlanish nokogerent boʻladi. Kogerent nurlanish deganda atom nurlanishi fazasi doimiy yoki boshqa atomlar nurlanishlari fazasiga nisbatan yetarlicha sekin oʻzgarish holi tushiniladi. Lazer nurlanishi kogerentdir, chunki juda koʻp atomlarning nurlanishi deyarli bir vaqda roʻy beradi, demak ulalarning fazalari bir xil boʻladi. Ikki xil kogerentlikni farq qiladilar: vaqtiy va fazoviy kogerentlik. Agar ikki toʻlqin fazalari ayirmasi yetarlicha sekin oʻzgarsa, u holda tebranishlar qandaydir vaqt davomida toki ularning fazalari farqi bilan solishtirish darajasiga yetgunga qadar, kogerent boʻlib qoladi. Ikki toʻlqin fazaliri farqi ga oʻzgaradigan vaqt intervaliga kogerentlik vaqti t kog deyiladi. Kogerentlik vaqti tushunchasi fazasi tasodifiy oʻzgaruvchi bitta toʻlqin uchun ham ma’noga ega. Bu holda t vaqtda toʻlqin ayni oʻzining dastlabki fazasini unutgandek boʻladi, ya’ni oʻz-oʻziga nisbatan kogerent boʻlib qoladi. t>t
boʻlganda toʻlqinning bir
qismi boshqa
qismiga nisbatan intenferensiyalashish qobilyatini yoʻqotadi. Kuztish vaqti t
>t kog
boʻlgan holdagina ikki kogerent toʻlqin qoʻshilganda interferensiya kuzatiladi, aks holda interferensiya kuzatilamaydi. Kogerentlik vaqti davomida toʻlqin koʻchadigan masofa kogrentlik uzunligi deyiladi: l kog =c
Masalan, quyosh nuri uchun t kog =10
–14 s, l kog =3
10 –6 m; lazer nurlanishi uchun
t kog =10
–5 s,
l kog =3 10 3 m. Toʻlqinlarning monoxromatikligi tushinchasi, vaqtiy kogererntlik bilan chambarchas bogʻlangan. Aniq qilib aytganda tabiatda monoxoromatik toʻlqinlar yoʻq. Qat’iy biror chastotaga ega boʻlgan, kengligi
0 toʻlqinlarni monoxoramik toʻlqinlar deb ataladi. Nurlanish jarayoni shunchalik qisqa vaqt davom etar ekanki (10 –8 s), unda har qanday chastotali toʻlqin chekli =2 =2 /t nur kenglikda boʻladi. Kogerentlik vaqti monoxromatiklik bilan quydagi munosabat orqali bogʻlanadi:
= 1 ,
ya’ni toʻlqin qanchalik monxoromatik ( 0) boʻlsa, shunchalik kogerentlik vaqti katta va aksincha. Vaqtning huddi shu momentining oʻzida toʻlqin tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlgan tekislikning turli nuqtalarda yuz beradigan kogerent tebranishlar
yorugʻlik toʻlqini toʻliq fazoviy kogerentlika ega boʻladi. Ideal yassi toʻlqin ham toʻliq fazoviy kogerentlikka ega, chunki toʻlqinning tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlgan tekislikning barcha nuqtalarda amplituda va fazo bir xil. Fazoviy kogerentlik toʻlqinning tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlgan bir tekislikdagi nuqtalar orasidagi masofa fazoviy kogerentlik uzunligi bilan xarakterlanadi. Lazer nurlanishi uchun fazoviy kogorentlik uzunligi lazer nuri dastasi kengligiga teng. Boshqa soʻz bilan aytganda lazer nurlanishi dastasining turli qismlarini ustma-ust tushirsak, interferension manzara kuzatiladi. Mazkur ishda huddi shuni isbotlash kerak edi.
Ishni bajarish tartibi 1. 1.3-rasmga koʻra optik sxema yigʻladi. 2. Ikki tirqishli ekranni olib tashlab koʻrish trubkasida nurlanish taqsimotini kuzating. 3. Linzaning xira shishaga nisbatan siljitib koʻrish trubasiga tushayotgan nurlanishning donadorligini ta’minlaydi. Linzadan xira shishagacha boʻlgan masofa linzaning fokus masofasi F ga teng boʻladi. Linza oldiga qogʻoz varagʻini joylashtirib lazer nurlanishi diametri D ni oʻlchab oling.
1-lazer, 2- linza va xira shisha pilastina, 3-ikki tirqishli ekran, 4- koʻrish trubkasi.
4. Xira shisha plastinani optik taglik boʻylab siljitib ikki tirqish donador nurlanishning bir donasi bilan yoritishni ta’minlang. Xira shisha plastinani oʻz oʻqi atrofida aylanma harakatga keltirib ikki tirqishli ekrandan oʻtgan nurlanish interferensiyasini koʻrish trubasida kuzating. Xira shisha plastina aylangan holatda ikki tirqishli ekranni xira shisha tomonga interferension manzara yoʻqolgan nuqtada ikki tirqishli ekranda xira shishagacha boʻlgan masofa a ni oʻlchab oling. Linzaning fokus masofasi F
Lazer nurlanishi diametri D ga koʻra ikki tirqishli ekran tushayotgan nurlanish dastasi diametrini hisoblang . 1 2
4 5. Xira shisha pilastinadan ikki tirqishli ekrangacha boʻlgan masofa a va ikki tirqish orasidagi masofa h ga koʻra kogerentlik burchagi 2
6. Fazoviy kogerentlik sharti bajarilishini =633 nm toʻlqin uzunligi uchun tekshiring.
1. Geliy-neon lazerning tuzilishi va ishlash prinsipini tushintirib bering. 2. Nurlanishning vaqtiy va nurlanishning monoxromatikligi qanday bogʻlangan? 3. Kogerentlik vaqti va nurlanishning monoxromatikligi qanday bogʻlangan? 4. l kog =0,2 m uchun kogerentlik vaqti t kog ni nurlanish spektiral kengligi (yoʻli)
ni muayan uzunliklari =632,8 nm, =1060 nm uchun l kog =c/ =
2 / ; t kog =1/
= 2 /c
Adabiyotlar 1. O.Axmadjonov, Fizika kursi, T.3, Toshkent, ”Oʻqituvchi” 1989. 2. A.A.Detlaf, B.M.Yarovskiy ”Fizika kursi“, M.”Akademiya“, 2007.
3. T.I.Trofimova ”Fizika kursi“, M. ”Akademiya“ 2007. Download 272.54 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|