Lazerlar haqida umumiy ma’lumot Muhitda tarqalayotgan nurlanishning yutilishi va kuchayishi

NURLANISH (SPEKTR) CHIZIQLARI KENGLIGI VA KOGERENTLIK.
Monoxromatik toʻlqin faqat bitta tebranishlar chastotasiga ega:
( 12)
Bu yerda E ̅_0 - elektr maydon kuchlanganlik vektori; k - toʻlqin soni; x–toʻlqin tarqalish koordinata oʻqi; φ-tebranish fazasi ( attaliklarga bogʻliq emas).
Bir xil chastota bilan tarqalayotgan va fazalar farqi oʻzgarmas boʻlgan toʻlqinlar kogerent toʻlqinlar deyiladi. Ideal monoxromatik toʻlqinlar tabiatda uchramaydi, chunki har bir energetik holatlarning yashash vaqtiga bogʻliq ravishda oʻzining qoldiq kengligiga ega boʻladi. Geyzenbergning noaniqlik munosabatiga koʻra yuqori holatlar noaniqlik munosabatining qiymati bu holatning yashash vaqti bilan quyidagicha bogʻlangan

(13)

Relaksatsiya vaqti τ (nurlanish davomiyligi) nurlanish chizigʻining tabiiy kengligi bilan quyidagicha bogʻliq:

(14)

τ=∆t deb olib relaksatsiya vaqti qancha kichik boʻlsa, nurlanish chizigʻining yarim kengligi shuncha katta boʻladi. Chiziqning tabiiy yarim kengligi ∆ν - Doppler effekti (Zeyeman, Shtark effekti) dan bogʻliq.
Shuning uchun lazer nurlanishlari chizigʻining yarim kengligi ∆ν oʻtishlar tabiiy kengligidan ∆ν katta boʻladi. 〖∆ν〗_1>∆ν lazer nurlaridan foydalanib yuqori monoxromatik nurlarni hosil qilish mumkin.
Qattiq jismli lazerlar nurlanishlarining monoxromatikligi gaz lazerlarinikidan ancha past. Bunday holda lazerlarning xromatik aberratsiyasi hech qanday rol oʻynamaydi. 16-rasmda toʻrt xil manbalardan hosil boʻlgan chiziqlar kengligini sifatiy qiyosiy nisbatlari koʻrsatilgan.

16-rasm. Turli manbalar nurlanish chiziqlari yarim kengligini sifatiy qiyoslash. 1-nikel lampasi, 2-gaz razryadi, 3-lazer nurlari, 4-monoxromatik nurlanishlar, ρ(ν) -spektral intensivlik, λ - toʻlqin uzunlik, 〖∆ν〗_0- lazer spektral chizigʻi kengligi.

16-rasmdan koʻrinib turibdiki, 3-lazer nurlanish chizigʻi monoxromatikligi 4-ga ancha yaqin. Lazer nurlanishlari yuqori monoxromatiklik darajasiga qaraganda qoldiq kenglikka ega. Shu sababli nurlanish chizigʻi kengligi boʻlgan manbaning amplituda va fazasi qisman vaqtli funksiyaga ega boʻladi. ∆ν spektral intervali monoxromatik tebranishlar yigʻindisini harakterlaydi.
Vaqtga bogʻliq boʻlgan optik signalni S(t) bilan belgilaymiz. Bunday sikl (davriymas) yoʻl-yoʻl spektrni beradi va chastota oʻqidan ogʻish spektral zichligi S(jω), S(jω) va S(t) larni bogʻliqligi teskari Fuʼre almashtirishlari orqali aniqlanadi:

(15)

Bu yerda ∆ω=2π/τ - spektral zichligining chastota intervali, τ-S(t) funksiyaning bitta toʻlqin davomiyligi, τ=2π/∆ω - kattalik kogerentlik vaqti va ∆ω=2πc/τ kattaligi kogerentlik davomiyligi deyiladi. Kogerent toʻlqinlar oqimi holida har xil fazo-vaqt nuqtalarida korrelyatsiya darajasi ancha yuqori.

Lazerlar τ-S(t)–yarim kengligini hisobga olib, lazer nurlanishlari yuqori darajada vaqt va fazoviy kogerentlikka ega boʻladi (17-rasm). Lazer nurlanishlarining bu xossalari juda katta quvvatga ega boʻlgan spektral uygʻotuvchi chiziqlarni hosil qilish imkonini beradi. Kogerent nurlanishlari optikada koʻplab tajribalarni oʻtkazishda juda katta rol oʻynaydi.
17-rasm. S(jω)-yakkalangan optik signalning spektral zichligi.

_{ } да; _{ };
_{ };
<sub>Elektr maydon kuchlanganligi.
Lazer nurlanishlari nihoyatda katta intensivlikka ega boʻlib, oqimda yuqori qiymatli elektr maydon kuchlanganligini hosil qilishga imkon yaratadi. Bu qiymatni atomlar ichidagi maydon bilan taqqoslash mumkin. Vodorod atomi elektronlarining proton bilan eletromagnit bogʻlanishini eng katta qiymati quyidagi ifodadan topiladi.

Bu yerda e ̅ - elektron zaryadi; r_0 - elektron orbitasining radiusi.
r_0≈〖10〗^(-8) sm boʻlganda E ̅_H≈〖10〗^9 V∙〖sm〗^(-1) boʻladi. Qolgan moddalar uchun E ̅_H≈〖10〗^7÷〖10〗^8 V∙〖sm〗^(-1) atrofida boʻladi.</sub>
Maʼlumki maydon intensivligi (quvvat zichligi) elektr maydon kuchlanganligi bilan quyidagicha bogʻliq.

(17)

<sub>Bu yerda ε_0- vakuumning dielektrik kirituvchanligi

s-yorugʻlikning vakuumdagi tezligi;
Intensivlik
 boʻlganda
 atrofida boʻladi.</sub>