1 – laboratoriya ishi lazer nurlarining fazoviy kogerentligini yung usuli orqali tekshirish


Download 272.54 Kb.
Pdf ko'rish
Sana22.10.2020
Hajmi272.54 Kb.

1 – LABORATORIYA ISHI 

 

LAZER NURLARINING FAZOVIY KOGERENTLIGINI YUNG 

USULI ORQALI TEKSHIRISH 

 

Ishning maqsadi:  uzluksiz  ishlovchi  He-Ne  gaz  lazerining  tuzilishi 

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. 

 

Ishni himoya qilish uchun asos 

 

1.  Xalqaro  birliklar  sistemasi  (XBS)  da  amalga  oshirilgan  hisob-

kitob va rasmiylashtirilgan hisobot. 

2.  Sinov savollariga javob berish. 

 

NAZARIY QISM 

 

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 











1.1–rasm.   He-Ne lazeri konstruksiyasining chizmasi

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



2 kV 



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

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



 va E



3

 sathlarga ega.  



 

 

 



O‘zaro to‘qnashish 

Elek


tro

n

lar 



b

il

an



 

uy

g‘



otis



Е

2



 



He 

Е

3



 

He 

metastabil 

sathi 

He

 ato


m

lar


i b

ilan


 

uy

g‘



otis



Е

1

 

Е



3

 

Е

4

 

Ne 



Е

2

 



sp

o

n



tan

 

o‘



tis

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



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

 

koʻzgu  orqali  chiqariluvchi  lazer  nurlanishi  generatsiyalanadi.  Mazkur 



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

kog

 

boʻlganda 



toʻlqinning 

bir 


qismi 

boshqa 


qismiga 

nisbatan 

intenferensiyalashish  qobilyatini  yoʻqotadi.  Kuztish  vaqti  t

kuz

>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



t

kog 

  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: 

t

kog

=





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  

fazoviy kogerentlik deb ataladi. Masalan, nuqtaviy manba tarqatayotgan 

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 . 







5.  Xira  shisha  pilastinadan  ikki  tirqishli ekrangacha  boʻlgan  masofa  a 

va  ikki  tirqish  orasidagi  masofa  h  ga  koʻra  kogerentlik  burchagi 

2



=h/a ni hisoblang. 



6.  Fazoviy  kogerentlik  sharti  bajarilishini 

=633 nm  toʻlqin  uzunligi 



uchun tekshiring. 

 

Sinov savollari 



 

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) 



D  toʻlqin  uzunliklari  intervali 



  ni  muayan  uzunliklari 



=632,8 nm, 

=1060 nm  uchun  l



kog

=c/



=



2

/





;    t

kog

=1/




=



2

/c



 

formulalar boʻyicha hisoblang. 



 

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:




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2020
ma'muriyatiga murojaat qiling