Ilm-fan va texnologiyasida lazerlarning ahamiyati. Lazer fizikasining rivojlanish tarixi va bosqichlari. Eynshteyn, ishlab chiqaruvchi, Basov, Proxorov, Towns va Meiman tadqiqotlari. Lazer fizikasiga kirish

Download 5,6 Mb. bet 6/16 Sana 03.07.2022 Hajmi 5,6 Mb. #737252

Bog'liq
kitob lazer

Z = [(1 + W3 + W2 + A2)(1 + W2 + W1 + A1) – W2 (W2 + A2)] (2 – 3) + + [(2 + W3 + W2 + A2)(2 + W2 + W1 + A1) – W2 (W2 + A2)] (3 – 1) + + [(3 + W3 + W2 + A2)(3 + W2 + W1 + A1) – W2 (W2 + A2)] (1 – 2)

(Х.9)

(X. 8) va (X. 9) dan ulardagi atamalarning tuzilishi o'ziga xos tsiklik simmetriyaga ega ekanligini ko'rish mumkin: har bir atama ildizlarning davriy almashinuvi natijasida keyingi davrga to'g'ri keladi, ya'ni.1  2  3  1  2  ... va hokazo. vaqtinchalik ekanligini ham ko'rish mumkin i (t) ga qaramlik ko'rsatkichlar bilan uchta eksponent _ t, qayerda  = 1, 2, 3 tomonidan aniqlanadi.
Misol tariqasida, birinchi va ikkinchi qo'zg'alish bosqichida kuchli lazer nurlanishi mavjud bo'lgan eng katta ishni ko'rib chiqing. Keling, ogohlantirilgan o'tishlarning ehtimoli spontan o'tish ehtimoli ko'proq. Boshqa tomondan, biz yuqori qo'zg'aluvchan holatdan fotoiyonizatsiya qilish ehtimoli induktsiya qilingan o'tishlarga nisbatan kichik deb hisoblaymiz. Bunday holda, uchta tenglama tizimi (X. 1) juda soddalashtirilgan

(Х.10)

va xarakterli tenglama (X. 5) kub shaklida (X. 6) shaklga ega:
³ +2² (W₁ + W₂) + 3 W₁ W₂) = 0 (Х.11uning ildizlari bor
₁ = 0 _2,3 = –(W₁ + W₂)  (Х.12)
Nolinchi ildiz fotionlarning konsentratsiyasi (X. 14) uchun formulada birinchi atamani vaqtga chiziqli qaramlikka o'zgartiradi:
=
= = (Х.13)
=
Boshqa ikkita ildiz salbiy ma'noga ega va shuning uchun oxirgi ikki atamaning summasi (X. 8) vaqt o'tishi bilan statsionar qiymatga intiladi.
Batafsil ravshanlik uchun, lazer maydonlarining intensivligi birinchi va ikkinchi qo'zg'alish bosqichlariga o'tish tezligi teng (W1 = W2 = W) bo'lishi uchun tanlangan taqdirda alohida darajalarda atomlarning konsentratsiyasini yozamiz.Bunday holda tenglama tizimi (X. 10) bir parametrga aylanadi:
(Х.14)
va formulalar (X. 2) – (X. 4) boshlang'ich shartlar uchun (X. 7) oddiy shaklga aylanadi:
(Х.15)
Ko'rinib turibdiki, t   darajadagi aholi har bir holatda 1 / 3 bo'yicha statsionar , va qiymatga ega bo'lishga intiladi . E'tibor bering, bu natija faqat lazer nurlanishining modda bilan o'zaro ta'siri uchun amal qiladi. Ushbu bobning keyingi § qismida ko'rib chiqilayotgan darajalarning aholisi boshqacha bo'lgan zichlik matritsasining rasmiyatchilik asosida izchil o'zaro ta'sirning natijalari ko'rib chiqiladi.

REZONATORLARNING TURLARI. QATTIQ DAVLAT LAZERLARI. OPTIK (YORUG'LIK) TOLALI LAZERLAR. YARIM O'TKAZGICH LAZERLARI. GAZ VA GAZODINAMIK LAZERLAR. KIMYOVIY LAZERLAR. BO'YOQ LAZERLARI (SUYUQ). EKSIMER LAZERLAR. BEPUL ELEKTRONLARDAGI LAZERLAR. RENTGEN LAZERLARI.

Optik rezonatorlar
Haqiqiy lazer tizimlarida, teskari tizim orqali nurning bir martalik o'tishi bilan juda kam daromad olinadi. Shuning uchun, faol muhit orqali nurning bir necha marta o'tishini ta'minlash uchun choralar ko'rilmoqda. Bunga OKGDA optik rezonator yordamida erishiladi, uning mavjudligida radiatsiyaning takroriy o'tishi tufayli uning faol muhit bilan eng to'liq o'zaro ta'siri erishiladi. Ijobiy geribildirim bilan ta'minlash, rezonator nurlanish yo'nalishi va spektral tarkibi diagramma ta'sir qiladi. Har qanday rezonatorning muhim xususiyati-bu rezonatorda saqlanadigan energiyaning tebranish davrida yoki bir vaqtning o'zida yo'qolgan o'rtacha energiyaga nisbati bo'lgan sifatdir. Optik rezonator ochiq, ya'ni uning aks ettiruvchi devorlari yopiq emas. Volumetrik rezonatorda salınımlar faqat to'lqin uzunligi bilan tik turgan to'lqin hosil qiladi. Ushbu tebranishlarning chastotasi rezonans va dalgalanmalar deb ataladi.
Rezonatorning o'ziga xos tebranish turi moda deb ataladi. Agar radiatsiya to'lqin uzunligi 1 mm bo'lsa va rezonatorning uzunligi 1 m bo'lsa, 2 yarim to'lqin uzunligi uning uzunligiga210⁶ mos keladi. Shu bilan birga, ikki eng yaqin tebranish turi orasidagi masofa spektral chiziqning kengligidan ancha kam bo'ladi, ya'ni bir spektral chiziq ichida ko'plab tebranish yoki modlarning o'ziga xos turlari mos keladi. Bunday rezonator multimod deb ataladi. Rezonatorning modasi TEMmnq bilan belgilanadi. Indekslar to'rtburchaklar parallelepipedning har bir qovurg'asiga mos keladigan yarim to'lqinlar sonini ko'rsatadi. Optik rezonatorda uning uzunligidagi yarim to'lqinlar soni juda katta va odatda ko'rsatilmaydi va rezonatorning modasi TEMmn bilan belgilanadi. Aksiyal tebranishlar uchun m = n = 0. Nonaksiyal modlar ham amalga oshirilishi mumkin, ammo ularning chidamliligi aksning burilish burchagini oshirish bilan kamayadi. Optik rezonatorlarning sifati katta va 108ga etadi. Chiziqning yarmi kengligi sifatdan bog'liq:
(Ф.1)
Bunday holda, lazer nurlanishining kengligi chiziqning tabiiy kengligidan kamroq bo'lishi mumkin. Eng oddiy optik rezonator bir-biriga parallel ravishda joylashgan ikkita tekis nometall hosil qiladi (fig. 16). Rezonatorning optik o'qi bo'ylab tarqalgan elektromagnit to'lqinlar ko'zgulardan aks etadi va bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi. Aks sado holati amalga oshiriladi, buning uchun o'sha, maksimal aralashib, aks sado to'lqin shakllantirish, rasmda ko'rsatilgandek. 16-rasm. Bunday to'lqinlarning takroriy o'tishi tufayli ularning faol moddalar bilan o'zaro ta'sirining samaradorligi sezilarli darajada oshadi. Bir nechta aks ettirishdan so'ng, optik o'qga juda kichik burchak ostida tarqalgan to'lqinlar rezonatordan chiqadi.

16 rasm - Yassi optik rezonatorning diagrammasi.
Radiatsiyani tashqariga chiqarish uchun rezonatorning nometalllaridan biri shaffof bo'ladi. Bu rezonatorning kerakli foydali yo'qotishlarini aniqlaydi (radiatsiya yo'qolishi). Radiatsiyadagi yo'qotishlar bilan aniqlangan rezonatorning sifati tenglamadan topilishi mumkin:
_{Q } 2L
(1R )

(Ф.2)

bu erda R-Oynani aks ettirish koeffitsienti; l-rezonatorning uzunligi.
Boshqa turdagi zararlardan quyidagilarni qayd etamiz:
1. Elektromagnit to'lqinning difraktsiyasi bilan bog'liq diffraktsion zararlar oxirgi o'lchamlarga ega bo'lgan nometalllarda. Oynaning ko'ndalang o'lchamlari qanchalik kichik bo'lsa, shuncha ko'p zarar bo'ladi. Diffraktsion zararlar aksiyal modlar uchun minimal va non-axial uchun juda yaxshi.
2. Nometall nomukammalligining yo'qolishi ko'zgularda mumkin bo'lgan singishi, pürüzlülüğünde tarqalishi, nometall geometrinin belgilangan va hokazolardan chetga chiqishi bilan bog'liq. Shunday qilib, ishlov berish xatosi to'lqin uzunligidan 0,1 dan oshmasligi kerak.
3. Rezonatorni ajratish uchun yo'qotishlar. Ko'zgularning tekisliklari orasidagi burchak bir necha burchak soniyasidan oshmasligi kerak.
4. Faol moddadagi yo'qotishlar faol muhitda turli nuqsonlarga energiya singishi va tarqalishi bilan bog'liq.

Yassi rezonatorda uning oynasidagi to'lqinning old tomoni deyarli tekis bo'lib, bu nurning kam farqlanishiga imkon beradi.

Shakl bo'yicha. 17-rasm sferik nometall bilan turli xil optik intervalli rezonatorlarni ko'rsatadi. Yassi ustidagi sferik nometalllarning afzalligi shundaki, ularni o'rnatishning ancha past aniqligi talab qilinadi. Konfokal rezonator ikkita bir xil sferik nometall, eksa va markazlashtirilgan masofalar bir xil bo'ladi. Bunday rezonatordagi maydon o'z o'qi atrofida yanada zichroq joyga jamlangan, shuning uchun unda diffraktsion yo'qotishlar juda kam. Rezonator oynalarni ajratish uchun kamroq sezgir, ammo faol moddaningmiqdoriyomonlashadi.

- Sferik nometalllarga ega bo'lgan turli xil rezonatorlarning sxemalari: a-konfokal (R1 = R2 = L), b-yarim final (R1= 2L, r2 = STIR), b-konsentrik( R1 = R2 = L / 2), g-yarim markazli (R1 = L, R2 = )
Yarim burchakli rezonator bir tekis va bir sferik oyna yordamida hosil bo'ladi, uning egrilik radiusi rezonatorning ikki barobar uzunligiga teng.
Uning xususiyatlari ikki barobar uzunlikdagi konfokal rezonatorning xususiyatlariga o'xshash. Konsentrik rezonator ikkita bir xil sferik nometall, eksa va egrilik markazlari bilan mos keladi. Unda diffraktsion yo'qotishlar aksiyal bo'lmagan tebranishlarni tanlash uchun ishlatiladigan noaxial modlar uchun tez o'sib boradi. Yarim markazli rezonator konsentriklarga o'xshash xususiyatlarga ega. Yuqorida ko'rib chiqilganlarga qo'shimcha ravishda, bir qator maxsus rezonatorlar ham mavjud.
Bunga quyidagilar kiradi: Ring rezonatori. Halqa ochiq rezonator deb ataladi, uning nometalllari yopiq kontur bo'ylab nur harakatini ta'minlaydi (shakl. 16.9). Yopiq kontur to'rt yoki uchta nometall tizimini tashkil qiladi. Agar nometalllardan biri yarqirab, qo'shimcha Oynani qo'ygan bo'lsa, unda siz to'lqin rejimidan harakatlanuvchi to'lqin rejimiga o'tishingiz mumkin, unda maydon o'rtacha bir xil bo'ladi, bu esa faol moddani to'liq ishlatishga imkon beradi.
Murakkab rezonator ikki yoki undan ortiq tegishli rezonator (15-rasm), unda 3 oynasi shaffof. Bunday rezonator aksiyal tebranishlarni tanlash uchun ishlatilishi mumkin, chunki rezonansning holati uning tarkibiy qismlarining har birida eng yaxshi tarzda amalga oshiriladigan tebranish turlari eng yuqori sifatga ega bo'ladi.
rasm15 - Ring (a) va kompozit (b) rezonatorlarning sxemalari,
Braggov oynasi bilan rezonator. Bunday rezonatorda ko'zgulardan birining o'rniga, rezonatorning optik o'qiga bir burchak ostida diffraktsion panjara o'rnatiladi. Panjaraga tushgan aksiyal elektromagnit to'lqin Wolf - Braggning shartlarini bajarayotganda qarama-qarshi yo'nalishda aks etadi:

Download 5,6 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham: