Квант кучайтиргичлар

Оптик квант генераторлар.
Лазерлар


Киришига электромагнит нурланиш бериладиган ва уни кучайтирадиган оптик кучайтиргичлардан фарқли ўлароқ оптик квант генератор радиочастоталар диапазонидаги автогенераторлар каби оптик диапазондаги когерент электрамагнит нурланишларни ҳосил қилади. Шунинг учун оптик квант генератор ёки лазер мусбат тескари боғланишли қурилма бўлиб мажбурий нурланишлар когерент кучайтириш орқали электромагнит нурланишни ҳосил қилади.
Электромагнит нурланишни олиш учун фаол муҳит ёки оптик кучайтиргич оптик резонатор ичига жойлаштирилади ва унда фаол муҳит параметрларидан келиб чиққан ҳолда турғун электромагнит тўлқинлар ҳосил қилинади. Кучайтирувчи фаол муҳит ва оптик резонатордан иборат бўлган лазернинг чизмаси 8-расмда берилган.
Инверс бандликга эга ишчи 1 муҳит ундан ўтаётган электромагнит нурланишни мажбурий нурланиш ҳисобига кучайтиради. Икки ўзора параллел жойлашган бири тўла қайтарувчи 2 бири эса ясси ва қисман ўтказув коэффициентига эга кўзгулардан 3 иборат оптик резонатор ичида нурланиш частоталари кучайтириш чизиғи кенглиги ичида ётувчи. электромагнит тўлқинни ҳосил қилади. Унинг бир қисмини чиқиш кўзгуси (3) орқали ташқарига чиқарилади.
Узунлиги L_ф параметрлари К₀ I_т бўлган фаол муҳит кўзгуларининг оралиғи L_р, ўтказувчанлиги , йўқотишлар коэффициенти 2L_ф₀га тенг оптик резонатор ичига жойлаш-тирилган бўлсин.
Лазердаги генерациянинг манбаи бўлиб, ғалаёнлантирилган фаол зарранинг спонтан нурланиши хизмат қилади. Спонтан нурланиш фаол муҳит бўйлаб тарқалганда, ғалаёнлантирилган зарралар билан таъсирлашиши натижасида уларни мажбурий (когерент) нурланиш бердиради ва бу жараёнда электромагнит нурланишнинг когерент кучайтирилиши рўй беради. Чегараланган ўлчамга эга фаол муҳит ва оптик резонатор кўзгулари оралиғида оптик ўқ бўйлаб тарқалаётган нурланишлар максимал даражада кучайтирилади. Бу ҳолда, электромагнит нурланишнинг фаол муҳитни бир марта ўтишидаги кучайиши

8-расм. Оптик квант генератор-лазернинг принципал чизмаси.


e^2К0Lф ни ташкил этади ва бу кучайиш чиқиш коэффициенти  бўлган кўзгудаги ҳамда оптик резонатор ичидаги  йўқотишлардан катта бўлса, оптик резонатор ичида электромагнит майдоннинг тебра-нишлари пайдо бўлиб, турғун ҳолат вужудга келади. Бу ҳолдаги K_ч кучайтириш коэффициенти чегаравий кучайтириш коэффициенти дейилади ва у қуйидаги
е^2КrLф(1-)(1-)1 (88)
муносабат билан аниқланади. Унинг қиймати 1 шарт бажарилганда
К_ч (89)
миқдорга тенг бўлади.
Бу ерда шуни таъкидлаш лозимки, чегаравий К_Ч кучайтириш коэффициенти, фаол муҳитнинг кучайтиришни характерловчи К₀ коэффициентдан фарқли ўлароқ, реал ҳолатдан келиб чиққан ҳолда турғун генерация шартларини белгилайди ва оптик резанаторнинг характеристикаси бўлиб хизмат қилади.
Шундай қилиб, фаол муҳитнинг кучайтириш коэффициенти К₀ чегаравий кучайтириш К_Ч коэффициентидан катта бўлса, лазерда турғун генерация бошланади ва у когерент электромагнит тебра-нишларни тарқата бошлайди.
Лазердан чиқаётган нурланиш интенсивлиги оптик резонатор ичида чиқиш кўзгуси томон тарқалаётган фотонлар зичлиги чиқиш кўзгусининг ўтказиш коэффициентига боғлиқ бўлади ва қуйидаги
Ih₀n_pc2 (90)
ифода билан аниқланади.
Нурланиш I интенсивлигини (5) ва фаол муҳитнинг кучайтириши К коэффициентини (65) фотонлар зичлиги билан боғловчи ифодаларни эътиборга олиб (90) ифодани қуйидаги

кўринишига келтириш мумкин. Фаол муҳитнинг турғун ҳолатдаги К кучайтириш каэффициентини чегаравий кучайтириш К_R коэффициентига тенг бўлади ва (89) ифодани эътиборга олсак қуйидаги
(91)
ифодани оламиз.
Қуйидаги 2К_ЧL_ф ифоданинг кичик қийматларида (яъни ехр2К_ЧL_ф12К_ЧL_ф бўлганда) (91) формула соддалашади ва қуйидаги
(92)
кўринишга келади.
Юқоридаги (91) ва (92) ифодалардан кўриниб турибдики,  () катталикнинг кичик қийматларида лазердан чиқаётган нурланишнинг интенсивлиги чиқиш кўзгусининг ўтказиш каэффициенти ортган сари чизиқли равишда ўсиб боради ва  катталикнинг () шартни бажарган қийматларида эса  нинг қиймати ортган сари камайиб боради. Шундай қилиб, лазер нурланишининг қуввати нуқтаи назардан чиқиш кўзгусини ўтказиш  коэффициентининг оптимал _опт қиймати бор ва бу қийматда лазердан чиқаётган нурланишининг қуввати максимал бўлади. Умумий ҳолда _опт нинг қиймати рақамли усулда ҳисоблаб топилади. Хусусан кучайтириш кучсиз бўлганда, яъни 2К_чL_ф1 ва exp (2K_rL_ф)12К_чL_ф да _опт нинг қиймати ҳисоблаб топиш учун аналитик ифода олиш мумкин. Бунинг учун I ни нолга тенглаймиз ва қуйидаги

квадратик тенгламани ечиб чиқиш кўзгусини оптимал ўтказиш коэффициентини аниқлашимиз мумкин.
Оптик резонатор чиқиш кўзгусининг оптимал ўтказиш коэффициенти
(93)
ифода орқали аниқланади.