ЛАЗЕР

ЛАЗЕР (инг. laser; Light Amplifi cation by Stimulated Emission of Radiation — мажбурий нурланиш ёрдамида ёруғгликнинг кучайиши маъносини англатадиган сўз бирикмаларининг бош ҳарфларидан олинган) , оптик квант генератор — ультрабинафша, инфрақизил ва кўзга кўринадиган соҳа диапозондаги нурланишларни ҳосил қилувчи қурилма; квант электроникадаги асосий қурилмалардан бири. Биринчи Лазер 1960 й. да ёқутда америкалик олим Т. Мейман томонидан яратилган. Иши атом ва молекулаларнинг мажбурий нурланишига асосланган. Лазер ҳар хил энергия (электр, ёруғлик, кимёвий, иссиклик ва ҳ. к.)ни оптик диапозондаги когерент электромагнит нур энергиясига айлантириб беради. У 3 элемент — энергия манбаи, актив муҳит (модда), тескари боғланишдан иборат (агар Лазер когерент нурни кучайтириш учун хизмат қилса, тескари богланиш зарур эмас). Лазер бошқа ёруғлик манбалардан когерентлиги, монохроматиклиги, жуда кичик бурчак остида йўналганлиги б-н, нур кувватининг катта спектрал зичликка, жуда юқори тебраниш частотасига эгалиги б-н фарқланади. Актив муҳитга кўра, Лазер қуйидаги гуруҳларга бўлинади:

1) қаттиқ жисм ва суюқликдан тайёрланган Л;

2) газли Л;

3) яримўтказгичли Л. Булардан ташқари, эксимер, кимёвий ва ҳ. к. Л. хиллари ҳам бор. Л. да тескари боғланиш оптик резонатор (икки кўзгу) ёрдамида амалга оширилади. Кўзгулар орасига актив модда жойлаштирилади. Нур тўлқини кўзгулардан қайтиб, яна актив моддадан ўтади, унда мажбурий ўтишларни юзага келтиради. Кўзгулардан бири қисман шаффоф бўлиб, у чексиз кўп ўтишлардан кейин кучайган нурни ташқарига чиқиб кетишига хизмат қилади.

Лазернинг ишлаш тамойилида атом тузил иши муҳимдир. Моддаларни ташкил қилган атомларни энергетик ҳолатлари (орбитаси) ҳар хил. Пастки орбитада зарраси бўлган атом турғун, юқори орбитада зарраси бўлган атом беқарор бўлади. Юқори орбитада зарра узоқ турмайди. Маълум вақт ўтгач, зарра пастки орбитага тушиб, атом ўзидан нур чиқаради. Юқори энергетик ҳолатлар (орбита) даги ўзўзидан пастга, яъни, энергетик турғунроқ ҳолатга тушмаса, уни «туртиб» тушириб юбориши мумкин. Буни фанда мажбурий нурлатиш дейилади. Тоғ устидан пастга юмалатилган битта тош бир неча тошни юмалатиб туширганидек, модданинг битта зарраси туртиб юборилса, барча орбиталардаги зарралар қўзғалади. Атом чиқарган нур билан ютилган нур кўшилиб, иккитаси тўртта, тўрттаси саккизта ва ҳ. к. Л. нурига айланади. Бу нурларни квант генератор (электр сигнал кучайтиргичига ўхшаб) кучайтириб, ғоят тўғри йўналган нур (энергия)га айлантириб беради. Энергия манбаи (ўзгармас ток, юқори ёки ўта юқори частотали ток, оптик ёки Лазер нури, электрон нур дастаси) ҳисобига актив моддадаги электронлар юқори (уйғотилган) сатҳларга ўтиб, инверсия ҳолати (электронлар сони юқори сатҳ N2 да қуйи сатҳ N, дагига нисбатан кўп бўлади) вужудга келади. Уларга бирор энергия манбаи билан таъсир эттирилса (мас, ёруғлик нури), актив модда ишга тушади. Бунда электронларга берилган энергия бир неча минг марта кўпаяди ва шу онда Лазер нури шаклини олади. Бундан ташқари, Лазер нурининг қурилмадаги кучайтириш коэффициенти Кк унда содир бўладиган энергия йўқотишлар коэффициенти Кй дан анча катта (КкЖ.) бўлиши керак. Шу шартлар бажарилганда Лазер нури генерацияси (ҳосил бўлиши)га эришиш мумкин.

Лазер 2 хил иш режимига эга. Агар унда узлуксиз энергия манбаидан фойдаланилса, узлуксиз ингичка нур ҳосил қилиш мумкин. Агар манба импульели энергия берса, Лазер нур импульсларини беради.

Қаттиқ жисмлардан тайёрланган Лазерда (мас, ёқутли Лазерда) 0,05% гача хром (Сг3+) ионлари (активатор) қўшилган алюминий оксид (А12О3) дан тайёрланган кизил кристалл шиша таёқча ишлатилади. Бунда ёқут цилиндр шаклида бўлиб, ёқут ўқининг икки учига оптик резонатор ҳосил қилувчи кўзгулар жойлаштирилган. Импульсли лампадан чиқаётган ёруғлик тебрантиришни вужудга келтиради. Лампанинг ёруғлиги ёқутга тушганда, хром ионлари лампадан чиқаётган радиация спектрининг яшил ва сарик, қисмларини ютиб «уйғонган» активлашган ҳолатга ўтади. Натижада нурланишга тайёр актив муҳит ҳосил бўлади ва ёқутнинг ўқи бўйлаб кўзгуга тик йўналган жала шаклида кўпайиб борувчи ёруғлик квантлари пайдо бўлади. Ёқутли Лазер ларда генерацияланаётган ёруғликнинг қуввати 20 кВт гача етади. Уларнинг ф. и. к. 0,1% дан 10% гача. Лазер нури генерацияси активаторнинг энергия сатҳлари орасидан ўтишига боғлиқ. Унда ҳосил бўлган инфрақизил нурнинг тўлқин узунлиги >. =0,69 мкм. Қаттиқ жисмли Лазер лардан неодим Л. ида актив модда вазифасини неодим (Nd3+) ионлари қўшилган шиша (CaWO4) таёқчадан фойдаланилади. Бу Л. Л. =1,06 мкм ли инфрақизил нур чиқаради.

Суюқ жисмлардан тайёрланган Лазерда актив модда ўрнида «Родамин-6Ж», пиранин, трипафлавин ва б. ишлати-лади. Бўёқни эритувчи сифатида спирт, ацетон, толуол ва б. дан фойдаланиб, актив модда шиша кюветага жойлаш-тирилади (2расм). Азот Л. ёрдамида уйғотиладиган бўёқ Лазернинг схематик тузилиши кўрсатилган. Газли Лазерда [би-ринчи газли Лазер (He-Ne) аралашмасида америкалик олим А. Жаван томонидан яратилган] актив муҳит газ (ёки газ аралашмаси)дан бўлади. Mac, гелий-неон (Не—Ые)ли актив муҳит гелий ва неон газлар аралашмасидан иборат (3-расм). Газ аралашмаси электр разряди билан активлашган ҳолатга келади. Бун-дай Лазерда генерация Ne нинг сатҳлар орасидан ўтишида содир бўлади. Бунда 3 та тўлқин узунликдаги нур чиқади: ^. =0,63 мкм (қизил нур), Л2=1,15 мкм ва Х3=3,39 мкм (инфрақизил нурлар). Газли Лазердан (CO2+N2) да Х=10,6 мкм узунликдаги нур чиқади. Ионли ва кимёвий Лазерлар ҳам газли Лазер ҳисобланади. Ионли Лазерда актив муҳит — ионлашган атомлар, кимёвий Лазерда эса кимёвий реак-цияларда «уйғонган» ҳолатга ўтган атомлар бўлади (ион сатҳларда ишловчи аргон Л. и кўк нур чиқаради). Ўзбекистон миллий унти (ЎзМУ)нинг квант радиофизика кафедрасида ўта юқори частота соҳасига оид транзисторли автогенераторларда ишловчи ихчам енгил СО2 Л. и яратилган.

Яримўтказгичли мас, GaAs Л. ларда актив муҳит яримўтказгичлардан бўлади. Бундай Лазерда муҳит оптик ва элект-ронлар оқими ёрдамида актив ҳолатга келтирилади. Бу турдаги Лазер ларда лазер ўтишлари ўтказувчанлик-валент зоналари ва доноракцептор сатҳлари орасида бўлади. Булар Лазер диодлари дейилади. Яримўтказгичли диод қалинлиги 0,1 мм ва юзаси бир неча мм2 бўлган кристалл пластинкадан иборат (4-расм). Бу диодлар орқали тўғри ток ўтказилганда электронлар юқори зона ёки сатҳларга ўтиб, инверсия ҳолати рўй беради. Электронлар қуйи зона (ёки сатҳлар)га ўтганида электрон-коваклар рекомбинацияси натижасида ажралган энергия ҳисобига Лазер нури генерацияси кузатилади. GaAs Л. идан чиқувчи ин-фрақизил нурнинг тўлқин узунлиги ^. =0,84 мкм. Яримўтказгичли Лазер лардан актив моддаси CdS (кўк нур), CdTe (қизил, тўқ қизил нур — қирмизи), CaSb (қизил; инфрақизил нур) бўлган Лазерлар мавжуд. Яримўтказгичли Лазер ларнинг тузилиши содда, ўлчами кичик ва улар узоқ ишлай олади.

Лазер лардаги нур қуввати қаттиқ жисмли Лазер, суюқ жисмли Лазер, газли Лазер, ва яримўтказгичли Лазер тартибида, ф. и. к. эса яримўтказгичли Лазер, суюқ жисмли Лазер, газли Лазер ва қаттиқжисмли Лазер тартибида камайиб боради. Нурнинг ингичкали-ги (тор бурчак остида йўналгашгаги) газли Лазер ларда энг яхши, яримўтказгичли Лазер ларда эса энг ёмон. Курилманинг ўлчамлари, оғирлиги қаттиқ жисмли Лазер ларда энг катта, газли ва суюк, жисмли Лазер ларда ўртача, яримўтказгичли Лазер ларда эса энг кичик. Турли Лазерлар нури ультрабинафшадан тортиб, кўзга кўринадиган соҳа ва инфрақизил диапазонларни қамраб олади.

Лазер турли соҳаларда кенг қўлланилади. Қаттиқ жисмли Лазерлар лазер спектроскопиясида, Лазер технологияси (қаттик, жисмларни қирқиш, пайвандлаш, тешиш) да, ночизиғий оптикада, газли Лазерлар эса частота ва узунликни стандартлашда, оптик системаларни сопаш, маркшейдер ишларида, Лазерлар кимёсида, тиббиётда; яримўтказгичли Лазерлар ихчам, енгил бўлиб, оптик алоқа системаларида, аудио ва видео системаларида, тунда кўриш қурилмаларида, маълу-мотни оптик қайта ишлаш ва проекцион Лазер телевидениесида кенг қўлланилмоқда. Кимёвий Лазерлар атмосфера таркибини назорат қилиш системаларида ишлатилади. Лазерлар криминалистика, Ер устидаги узок, масофаларда ва сув ости оптик алоқасида, нур толали телефон алоқа системаларида, Лазер компакт-диски ясашда, хирургик операцияларда, офтальмологияда, бошқарилувчи термоядро синтезида ва ҳ. к. к. да ишлатилади.

Ад.: Мирзаев А. Т., Мириноятов М. М., Степанов В. А., Молекулярные газовые лазеры с поперечным высокочастотным возбуждением, М., 1979; 3 вел то О., Принципы лазеров [пер. с англ. ], 2-изд., М., 1984. Аъзам Мирзаев

Loading...