3.5. Lazer nurining davomiyligi
Lazer nurining davomiyligi uning ishlash rejimiga bog‘liq.
Lazerning
quyidagi ishlash rejimlari mavjud:
uzluksiz ish rejimi (nurning davomiyligi istagancha bo‘lishi mumkin);
erkin generatsiya rejimi (davomiylik
≈10
-3
sek);
gigant impulslar (
≈10
-8
sek);
aksial modalar sinxronizatsiya rejimi (
≈10
-11
sek);
pikosekund impulslarni sun’iy qisqartirish rejimi (
< 10
-12
sek);
attosekund (
< 10
-15
sek) impulslar olish rejimi.
3.6. Lazer nurining energetik xarakteristikalari
Lazer nurining bir nechta energetik xarakteristikasi bor: intensivlik,
impulsdagi energiya, o‘rtacha intensivlik, quvvat, ravshanlik.
Intensivlik deganda biz vaqt birligi ichida yuza birligidan o‘tadigan fotonlar
sonini (yoki energiyani) tushunamiz. Odatda u harfi bilan belgilanadi. Bundan
tashqari nurning quvvati haqida ham gapirish mumkin. U tarqalish yo‘nalishiga
perpendikulyar bo‘lgan yuzadan vaqt birligi ichida o‘tadigan fotonlar soniga
(energiyaga) teng bo‘ladi:
S
P
IdS
(3.16)
Lazer nurining impulsi ma’lum
Q
energiyaga ham ega bo‘ladi:
θ
Z
D
0
( )
Q
P t dt
(3.17)
bunda
Q
-
lazer nuri impulsining
davomiyligi ichida
S
yuzadan o‘tuvchi
fotonlar soni yoki energiya. Intensivlik impulsdagi
Q
energiyaga, impuls
davomiyligi
ga va o‘tayotgan
S
yuzaga bog‘liq. Lekin ko‘pincha nurning vaqt
va yuza bo‘yicha taqsimlanishi bir xil bo‘lmaydi, demak intensivlik
t
vaqtga va
ko‘ndalang
kesimdagi
x
va
u
koordinatalarga bog‘liq bo‘ladi (nur
z
yo‘nalishida
tarqalyapti). Shu sababli lazer nurini o‘rtacha intensivlik bilan xarakterlash
mumkin:
Q
I
S
(3.18)
bu yerda
Q
- impulsdagi energiya,
S
va lar effektiv yuza hamda effektiv
davomiylikdir.
Lazer nurlanishining chiqish quvvati ham
asosiy parametrlardan biri
hisoblanadi. Lazer yuqori chiqish quvvatiga ega bo‘lishi katta kuchaytirish
koeffitsientli aktiv muhitni qo‘llash bilan bog‘liq. Umumiy holda lazer nurlanishi
quvvati aktiv muhit hajmiga va inversiyani o‘zining bo‘sag‘aviy qiymatidan katta
bo‘lishiga bog‘liq. Biroq bu hol har doim ham chiqish quvvati katta bo‘lishini
ta’minlay olmaydi.
Rezonator ichida generatsiyalanayotgan quvvat ko‘zgularning o‘tkazishidagi
yo‘qotishlar ortishi bilan kamaya boshlaydi, boshqacha aytganda quvvatni
hisoblashda aktiv muhitdagi yo‘qotishlar bilan birga rezonator ko‘zgularining
o‘tkazishi bilan bog‘liq bo‘lgan yo‘qotishlari hisobga olish kerak.
Aktiv muhiti
hajmi
V
, optik rezonatori uzunligi
L
bo‘lgan lazer nurlanishi chiqish quvvati
quyidagiga teng bo‘ladi:
chiq
n h
c V T
P
L
(3.19)
bunda,
n
- fotonlarning statsionar zichligi,
T
- rezonator ko‘zgusining o‘tkazish
koeffsienti. (3.19) ifodani differensiallab, chiqish quvvatining maksimal qiymatini
topish mumkin:
chiq
dP
h
c V T
dn
n Т
dT
L
dT
(3.20)
Ushbu ifodadan rezonator ko‘zgusining optimal o‘tkazish koeffitsienti
topiladi:
dn
Т
n
dT
(3.21)
Shunday qilib, chiqish quvvatining maksimal qiymati aktiv muhit
kuchaytirish koeffitsientining katta qiymatiga va rezonator ko‘zgusining
optimal
o‘tkaza olishiga bog‘liq.
Lazer nurlaniishing ravshanligi ham asosiy parametrlardan biri hisoblanib,
manbaning birlik yuzasidan birlik fazoviy burchak bo‘yicha chiqayotgan
intensivlik ko‘rinishida aniqlanadi:
2
4
I
P
B
(3.22)
bunda,
2
1
,
- (3.15) ifodadan aniqlanuvchi yoyilish burchagi.
Intensivlikni lazer nurini linza yordamida fokuslab oshirish mumkin, biroq bu
holda uning ravshanligi o‘zgarmaydi. Bu esa yorug‘lik dastasini optik sistema
yordamida har qanday o‘zgartirishda uning ravshanligi o‘zgarmaydi degan
geometrik optikaning fundamental teoremasini tasdiqlaydi.
Lazer nurining
ravshanligi yetarlicha quvvatli bo‘lgan nokogerent manbaning ravshanligidan bir
necha darajaga katta.
Masalan
, to‘lqin uzunligi
514
nm
, quvvati 1 Vt bo‘lgan Ar
lazerining
ravshanligi
9
2
1.6 10
Vt
B
sm st
ga teng. Quvvati 100 Vt,
546
nm
, chiqish optik
quvvati 10Vt bo‘lgan simob lampasining ravshanligi esa
2
95
Vt
B
sm st
. Argon
lazeri ravshanligining simob lampasi ravshanligidan 7 darajaga katta bo‘lishi lazer
nurining yuqori darajadagi yo‘nalganligi bilan bog‘liq.
Ba’zan bizni lazer
nurining intensivligi emas, balki uning elektr maydoni
kuchlanganligi
qiziqtiradi. Chiziqli qutblangan nurning elektr maydoni
kuchlanganligi va uning intensivligi o‘zaro quyidagicha bog‘langan:
27
E
I
(3.23)
Bu munosabatda
2
Vt
I
sm
deb olinsa
V
E
sm
birlikda chiqadi.
Bir misol keltiramiz. Faraz qilaylik, lazerning impulsdagi energiyasi
1
Q
J
,
to‘lqin uzunligi
1
mkm
,
davomiyligi
8
10
sek
va linza fokusidagi yorug‘lik
diametri
10
10
d
mkm
bo‘lsin. Bunda (3.18) ifodaga ko‘ra
impulsning
o‘rtacha intensivligi quyidagiga teng bo‘ladi:
14
6
2
8
2
1
10
10
10
Q
J
Vt
I
S
sm
sek
sm
va (3.23) ifodadan
7
8
27
27 10
2.7 10
V
V
E
I
sm
sm
Demak, bunday impulsning elektr maydon kuchlanganligi yetarlicha katta
deyish mumkin (solishtirish uchun, vodorod atomining yadrosidagi zaryadning
unga eng yaqin orbitada hosil qilgan maydon kuchlanganligi
9
5 10
ya
V
E
sm
).
