Oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi z. M. Bobur nomidagi andijon davlat universiteti magistratura bo’limi Fizika kafedrasi

1.1. Lazer nurlanishlarning umumiy ta’rifi

Lazer nurining muhit bilan o’zaro fizik ta’sirining rivojlanishi hamda lazerlarning sanoatdagi ishlab chiqarilishi lazerni oddiy asbobdan har xil texnologik jarayonlarni o’tkazish qurilmasiga (instrumentiga) aylantirdi. Texnologlar tomonidan lazerga qiziqish lazer nurlanishning g’ayri oddiy xarakteristikalari bilan bog’liqdir. Yorug’likning monoxromatik dastasini olish ehtimolligi lazerni aloqa masalalarini yechishda, meterologiya va meditsinada almashtirib bo’lmaydigan nurlanish manbasiga aylantirildi. Lazer (dastasining) nurining yuqori jadalligi va monoxramatikligi gazli muhitlar va moddalarga ta’sir o’tkazish imkonini beradi. U esa lazerlardan izotoplarni bo’lish, ximiyaviy reaksiyalarni o’tkazish va har xil biologik obyektlarga maqsadli holda ta’sir o’tkazish imkoniyatini yaratdi. Energiya oqimi zichligining yuqoriligi va quvvatning yuqori darajadaligi termik texnologik jarayonlarda lazer nurini (unikal) yuqori darajadagi takomillashgan qurilmaga aylantiradi.Lazer nuri uzluksiz doimiy amplitudali, impulsli va yuqori quvvatga ega bo`lishi mumkin. Ko`pgina qurilmalarda lazerdan boshqa manba orqali nurlanishni kuchaytirgich sifatida foydalaniladi. Kuchaytirilgan signal boshlang’ich signal bilan to`lqin uzunligi, fazasi va qutblanishi bilan mos keladi. Bu optik qurilmalarda juda muhim hisoblanadi. Yorug’likning oddiy manbalari nurni turli yo`nalishlarda keng diapazon bo`ylab sochadi. Bundan tashqari lazer bo`lmagan manbalarning nurlanishi odatda muhim qutblanishga ega bo`lmaydi. Aksincha, lazer nurlanishi monoxromatik va kogerent bo`lib, doimiy to`lqin uzunligi va aniq fazaga shuningdek ma’lum qutblanishga ega. Kogerent bo`lmagan manbalardagiga qarama-qarshi ravishda kvant generatorning bir-biridan mikroskopik masofalarda bo`lgan qismlaridan chiqayotgan elektromagnitik to`lqinlar o`zaro kogerent bo`ladi. Bu jihatdan kvant generatorlari kogerent radio to`lqinlari manbalariga o`xshash bo`ladi. Nurlanishning kogerentligi optik kvant generatorlarining qariyb hamma xususiyatlarida ko`rinadi. Nurlanishning to`la energiyasi bundan istisno bo`ladi, chunki bu energiya kogerent bo`lmagan manbalardagi kabi dastavval uzatilayotgan energiyaga bog‘liq bo`ladi. Lazerlarning nurlanishi kogerentligi bilan bog‘langan ajoyib xususiyati shundan iboratki, energiya vaqt davomida, spektrda, fazoda tarqalish yo`nalishlari bo`yicha konsentratsiyalanadi. Ba’zi kvant generatorlarining nurlanishi yuqori darajada monoxromatik bo`ladi. Boshqa lazerlar davom etish vaqti 10<sup>-12</sup> s ga teng bo`lgan juda qisqa impulslar chiqaradi, shuning uchun bunday nurlanishning oniy quvvati juda katta bo`lishi mumkin.

Lazerlarning yaratilishi insoniyat ilmiy-texnik taraqqiyotining ulkan yutuqlaridan biri desa bo`ladi. Lazerlar yaratilishining boshlanishi 1916 yilga borib taqaladi. O`sha yili buyuk fizik olim A.Eynshteyn birinchi bo`lib, majburiy nurlanish tushunchasini kiritdi, va nazariy yo`l bilan majburiy nurlanish uni majburlovchi nurlanishga kogerentligini (mosligini) ko`rsatadi. 1930 yilda P.Dirak o`zi tomonidan yaratilgan nurlanishning kvantomexanik nazariyasi asosida majburiy nurlanish va uning kogerentlik xususiyatlarini chuqurroq va aniqroq taxlil qilib, tushuntirib berdi. Lekin bu lazerning yaratilishi uchun yetarli emas edi. 1930-yildan boshlab optik spektroskopiya sohasida ko`plab ilmiy-tadqiqot ishlari boshlanib ketdi. Bu izlanishlar natijasida atomlar, molekulalar, ionlarning energetik sathlari haqida ko`plab ma’lumotlar olindi va keyinchalik turli lazerlarning yaratilishida ishlatildi. Bu ishlarga S.Y.Frish va V.A.Fabrikant kabi Rossiya olimlari ham o`z hissalarini qo`shishdi.

1939-yilda V.A.Fabrikant birinchi bo`lib, yorug‘lik nurining majburiy nurlanish hisobiga kuchayishining imkoniyati borligini aytdi. 1951-yilning yozida, u o`zining xodimlari bilan majburiy nurlanish yordamida elektromagnit nurlanishni (ultrabinafsha, ko`rinuvchi, infraqizil va radioto`lqinlar sohasida) kuchaytirish uslubi uchun avtorlik guvohnomasini olishga taklif berishgan. Bu takliflarida lazerlarning faol muhitini yaratishning asosiy g‘oyalari bayon etilgan edi. Lekin optik kuchaytirish g‘oyalaridan tashqari, uni amalda bajarish va nihoyat kogerent nurlarning hosil qilish uchun o`ziga xos teskari bog‘lanishli optik rezonator bo`lishi kerak edi. O`sha yillarda fanning optika bo`limida optik soha uchun rezonatorlar o`ylab topilmagan edi.

Kvant elektronikasi yoki lazerlar fizikasining rivojlanishida radiofizikaning bo`limi bo`lgan radiospektroskopiya muhim omil bo`ldi. Uning keskin rivojlanishi 1940 yillardan boshlanib, ilmiy izlanishlar yo`nalishi atom va molekula spektroskopiyasidan tashqari vaqt va chastotaning, ya’ni o`ta yuqori chastota (O`YUCH) standartlarini yaratilishga bag‘ishlangan edi. Bu ilmiy izlanishlar natijasida 1950 yillarning boshlarida bir-birlaridan mustaqil ravishda N.G.Basov, A.M.Proxorov (FIAN, Rossiya) va Ch.Tauns (AQSH, Kolumbiya universiteti) tomonidan majburiy nurlanish g‘oyalaridan amalda foydalanib, ammiak molekulasida ishlovchi molekulyar kuchaytirgich va generator (Mazer) yaratildi. Mazer (Maser - microwave amplification by stimulated emission of radiation) - ingliz so`zlaridagi bosh harflardan tashkil topgan va mazmuni mikroto`lqinni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirishdir. Shu ishlari uchun ular 1964 yili Nobel mukofotining sovrindori bo`lishdi. Kvant elektronikasining rivojlanishi elektromagnit to`lqinning yangi, infraqizil va ko`zga ko`rinuvchi sohalarida kogerent nurlanish olishga yo`naltirildi. Dunyoning ko`p ilmiy laboatoriyalarida lazerlar yaratish ustida ish boshlab yuborildi. Bu ishlarning rivojlanishida A.M. Proxorovning kvant qurilmalarida ochiq optik rezanotor sifatida Fabri-Pero ( etaloni) interferometrini qo`llash g‘oyasi hal qiluvchi omil bo`ldi. Boshqa tomondan lazerlarning ba’zi turlari, masalan ranglantirilgan aralashmali lazerlar yoki yarim xromatik qattiq jismli lazerlar chastotalarning bir qancha to`plamini keng spektral diapazonda boshqara oladi. Lazerlar fanning ikki sohasi kvant mexanikasi va termodinamika hamkorligida yaratilgan. Lekin lazerlarning ko`pchilik turlari xatolar va urinishlar orqali yaratilgan. Dastlabki lazer 1960-yilda Teodor Mayman tomonidan Malibudagi Hyuz kompaniyasining tadqiqotlar labaratoriyasida yaratilgan. Mayman o`z ixtirosida 694 nanometr to`lqin uzunligida qizil nurlanish beruvchi rubindan yasalgan sterjendan foydalandi. Deyarli u bilan bir vaqtda eronlik fizik Ali Yovon gazli lazerni namoyish qildi. Keyinroq u o`z ixtirosi uchun Albert Eynshteyn nomidagi mukofotga sazovor bo`ldi.

Lazer ishlashining asosiy mohiyati, ishlovchi qismning uyg’otishi natijasida elektronlarning ko`chishi bilan bog’liq. Ishlovchi qism optik rezonatorga o`rnatiladi. Majburiy nurlantiruvchi mexanizm yordamida to`lqinlar aylanishi natijasida uning energiyasi eksponensial ravishda ortib boradi. Nurni kuchaytiradigan aktiv muhitning tipiga qarab lazerlar - qattiq jismli, gazli, yarimo`tkazgichli va suyuqlikli lazerlarga bo`linadi. Yanada aniqroq aytganda, lazerlarning turlarini sinflashda majburiy yig’ish usuli ham muhim rol o`ynaydi. Majburiy yig’ish usullari - optik, issiqlik, kimyoviy, elektroionizatsion va boshqa usullardan iborat bo`ladi. Bundan tashqari generatsiyalash turi uzluksiz yoki impulsli bo`lishi mumkin.

Lazerlar quyidagi asosiy qismdan iborat bo`ladi:



1.1-rasm. Lazerlar konstrukturasi ko’rsatilgan.

1. 
   Aktiv muhit - metastabil holatga ega bo`lgan modda;
   
2. 
   Majburiy damlash (optik nakachka) sistemasi - faol muhitda elektronlarni joylashish holatini hosil qiladigan qurilmalar. Inversiyali joylashish holati deb asosiy holatdagi atomlar soniga nisbatan uyg’ongan holatdagi atomlar sonining ko`p bo`lishiga aytiladi.
   
3. 
   Optik rezonator - lazer nurlanishini kuchaytiruvchi qurilma.
   
4. 
   Lazer nurlanishi chiquvchi qismi