Mavzu: Optik kvant generatorlar (lazerlar) Reja: Optik generatorlar (lazerlar) Spontan va majburiy nurlanishlar

2. Spontan va majburiy nurlanishlar
Atomlar diskret energiyali , , kvant holatlarda bo’la oladilar. Soddalik uchun energiyalari va bo’lgan ikki holatni qaraymiz. Agar atom energiyali turg’un holatda bo’lsa, tashqi ta’sir natijasida (elektr yoki magnit ta’sir, mexanik yoki issiqlik ta’siri, hamda yorug’lik ta’sirida) u majburiy ravishda energiyali holatga o’tadi. Bu holda qo’zg’otuvchi yorug’lik energiyasi yutiladi. Qo’zg’otuvchi yorug’lik nurlanish energiya zichligiga bog’liq holda 1 holatdan 2 holatga o’tish ehtimoligi turlicha bo’ladi.
Ma’lum vaqt oralig’ida 2 holatda bo’lgan atom hech bir ta’sirsiz o’z-o’zidan 1 turg’un holatga o’tadi. Bu o’tishda u
= -
energiyali elektromagnit nurlanish-foton chiqaradi. Tashqi ta’sirsiz o’z-o’zidan bo’lgan yorug’lik nurlanishiga spontan nurlanish deyiladi (a, b). Unga tabiiy yorug’lik nur-lanishlari manbalari misol bo’la oladi.
Qo’zg’algan (uyg’ongan) holatdagi atomning yashash davri qancha kichik bo’lsa, spontan nurlanish ehtimolligi shuncha ortadi.
1916 yili Albert Eynshteyn termodinamik muvozanat holatini tajribada o’rganishda nurlanishni yutuvchi va nur chiharuvchi modda orasidagi nurlanishni chiqarish va yutishdan tashqari “alohida o’zaro ta’sir” bo’lishini aytdi.
Uyg’ongan holatdagi atomning nurlanishsiz muvozanat holatga o’tishi relaksatsion o’tish deyiladi. Ushbu o’tishni nurlanishni muhit tomonidan yutilishi sifatida qarash mumkin.
Uyg’ongan 2 holatdagi atomga tashqi ta’sir etsa, u 1 muvozanat holatga qaytadi. Energiyasi va chastotasi qo’zg’otuvchi nur energiyasi va chastotasi
= -
bilan bir xil bo’lgan nurlanish bilan ta’sir etsak, ta’sir etuvchi foton bilan bir xil chastota va energiyali qo’shimcha foton hosil bo’ladi. Bu kabi nurlanishni majburiy (induktsion) nurlanish deyiladi (13-rasm).
Bu holdagi uyg’ongan 2 holatdan turg’un 1 holatga o’tishda ikki foton ishtirok etadi. Ulardan biri uyg’ongan atomga ta’sir etuvchi 2 holatdan 1 holatga o’tishga majbur etuvchi foton (birlamchi foton), ikkinchisi (ikkilamchi) atomning 2 holatdan 1 holatga o’tishdagi nurlanishidan iborat. Ikkilamchi foton xuddi birlamchi fotonning nusxasi bo’ladi.
Termodinamik muvozanat holatlarda har bir jarayonga unga teskari bo’lgan jarayonni solishtirish mumkin. Ushbu prinsip va energiyani saqlanish qonunini Eynshteyn absolyut qora jism nurlanishi va energiya yutishiga tadbiq etdi.



Eynshteyn va Diraklar hosil bo’lgan ikkilamchi fotonlar uni qo’zg’otuvchi va nurlanishni vujudga keltirgan birlamchi foton chastotasi, fazasi, qutblani va yo’nalishi jihatidan bir xil ekanligini isbotladilar. Demak, majburiy (induktsion) nurlanish majbur etuvchi nurlanish bilan kogerent bo’ladi.
Majburiy nurlanish fotoni hosil bo’lgan muxit bo’ylab xarakatlanib, u bilan uchragan uyg’ongan atomlarning nurlanishiga “turtki” beradi. Bu holda ikkilamchi fotonlar xarakati davomida majburiy o’tishni vujudga keltirib, ortib boruvchi fotonlar oqimini hosil qiladi.
Majburiy nurlanish fotonlari soni uyg’ongan atomlar soniga, yorug’likni mug’it tomonidan yutilishi esa muvozanat holatdagi atom sovishiga proportsional bo’ladi.
Termodinamik mufozanat sharoitida majburiy nurlanishga nisbatan nurlanishning yutilishi katta bo’lib, muhitdan o’tayotgan yorug’lik susayadi. Tushuvchi nurlanishni muhit kuchaytirishi bu muhitda sistemaning muvozanatda bo’lmagan holatini vujudga keltirish zarur. Bunga erishish uyg’ogan holatdagi atomla sonini muvozanat holatdagi atomlar sonidan orttirish bilan amalga oshiriladi. Bu holat inversli joylashish holati deyiladi .