Kvant kuchaytirgichlarni ishlatilishi. Kvant elektronikasi yoki lazerlar fizikasining rivojlanishida radiofizikanig 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. Kvant kuchayirgichlar-uyg`ongan atom , molekula va ionlarning majburiy nurlanishi hisobiga radiodiapazondagi elektromagnit to`lqinlarni kuchaytiradigan qurilma. 1956-yilda A.Q.SH da o`ta yuqori chastotali elektromagnit to`lqinlar va tebranishlarni kuchaytiruuvchi paramagnet kristallardan yasalgan kvant kuchaytirgichlar yaratildi. Shuning uchun erkin elektronlari oqimi klassik mexanika qonunlariga bo`ysunuvchi oddiy kuchaytirgichlardan , lampali kuchaytirgichlardan farq qiladi. Kvant kuchaytirgichlarda ishtirok etuvchi paramagnet ionlarning soni o`zgarmaganligi sababli ularda miqdoriy o`zgarish shovqini bo`lmaydi. Upast temperaturada ishlaganligi tufayli uning issiqlik shovqini kichik (shovqin , asosan , spontan – o`z-o`zidan nurlanish bilan bog`liq) , sezgirligi juda yuqori . Kvant kuchaytirgichlarda elektromagnit to`lqin faol muhitdan o`tib uyg`ongan faol markaz hisobiga o`z energiyasini ko`paytiradi . Kvant kuchaytirgichning boshqa kuchaytirgichlardan afzalligi – xususiy shovqinlarining pastligi va yuqori darajada sezgirligidir. Kvant kuchaytirgichlari radiofizika qurilmalari harakateristikalarining turg`unligi , sezgirligi , quvvatini oshiradi , optikada o`ta kuchli monoxromatik yorug`lik manbai hosil qiladi. Ulardan muhitning yorug`lik ta`sirida o`zgarishini o`rganishda , rangli va hajmiy tasvirlarini olishda , tibbiyotda , nozik ko`z operatsiyalarini amalga oshirishda , texnikada hisoblash mashinalari elementlarini tuzishda , materiallarni qayta ishlashdda , aloqa va lokatsiya maqsadlarida , kimyoviy reaksiyalarni boshqarishda va xalq xo`jaligining turli sohalarida foydalaniladi. Kvant elektronika- fizikaning majburiy nurlanish hodisasiga asoslanib , elektromagnit tebranishlarni va to`lqinlarni generatsiyalash (hosil qilish ) va kuchaytirish usullarini , shuningdek , kvant generator va kvant kuchaytirgich xossalarini hamda ularning qo`llanishini sohasi. Klassik elektronikada elektromagnit tebranishlar va to`lqinlar M.Faradey kashf etgan elektromagnit induksiya hodisasi asosida hosil qilinadi . Elektromagnit tebranishlar va to`lqinlarni kuchaytirish esa electron asboblar va kuchaytirgich zaryadlangan zarralar oqimi yordamida amalga oshirilsa bu jarayonlar to`g`ridan- to`g`ri uzviy bog`langan faol modda va optik resonator (ikki ko`zgu) yordamida amalga oshiriladi . Hozirgi zamon kvant elektronikasi 1916-yillarda A.Eynshteyn kashf etgan nurlanishni o`z-o`zidan (spontan) va majburiy nurlanish ( induksiyalangan ) ga ajralishi hodisasiga asoslangan.
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.
Lazerning optik rezonatori lazerdan chikayotgan nurlanishning kollimatsiyasini (yо‘nalganligini) ta’minlashi haqida aytib о‘tilgan edi. Yoqut sterjenlardan foydalantanda nurlantirilayotgan yorug‘lik konusining ochilish burchagining difraksion chegarasiga erishish qiyin bо‘lsa ham yorug‘lik dastasi bir necha minutdan (burchak minutlaridan) oshmaydigan darajada yoyiluvchan dasta bо‘ladi. Demak, lazerdan bir kilometr uzoqlikda joylashgan ekranga tushirilgan yorug‘lik dastasi kо‘ndalang kesimining dia- metri hech qanday fokuslovchi optik sistemadan foydalanmaganda ham bir metrga yaqin bо‘ladi.
Nurlanishning lazer berayotgan yorug‘lik dastasining kо‘ndalang kesimida dastaning yoyiluvchanligiga uzviy bog‘liq bо‘lgan fazoviy kogerentligini ta’kidlash zarur Agar lazer yorug‘ligi dastasining yо‘liga noshaffof ekranda kesilgan ikki tor parallel tirqishlar tutilsa, ya’ni Yungning interferensiyani kuzatishga bag‘ishlangan tajribasi birinchi kirish tirqishisiz amalga oshirilsa, bu tirqishlar orqasiga qо‘yilgan ekranda polosalari aniq-aniq kо‘rinadigan (kontrastli) interferensiya manzarasini kо‘rish mumkin. Bu esa lazerning nurlanishi fazoviy kogerentlikka ega ekanligini bildiradi.
Yoqutli lazer hech qanday qutblovchining yordamisiz chiziqli qutblangan nurlanish beradi. Agar yoqut sterjen yoqut kristalidan kristallning optik о‘qi sterjenning о‘qiga perpendikulyar yoki u bilan 60° burchak tashkil etadigan qilib kesib olingan bо‘lsa. u holda nurlanish chiziqli qutblangan bо‘lib, induksiyaningD vektori kristallning bosh kesimi tekisligiga perpendikulyar bо‘ladi.
Agar hozirgi zamon laboratoriyalarida qо‘llaniladigan yoqutli impuls lazerining xarakteristikalarini (yorug‘lik impulsining quvvati, nurlanish spektrining kengligi, yorug‘lik dastasining fazoviy kogerentligi, uning kollimatsiyasi) yorug‘likning boshqa manbalarining xuddi shunday xarakteristikalari bilan taqqoslaganda optik kvant generatori nurlanishning prinsipial ravishda boshqa turdagi manbasi ekanligi aniq bо‘ladi. Yengil bajariladigan hisoblarning kо‘rsatishicha, absolyut qora jism 0,025 nm spektral intervalda «lazer quvvatidek quvvat» nurlantirishi uchun uning temper aturasi K ga teng bо‘lishi kerak. Lekin ana shunday shart bajarilgan taqdirda ham bо‘lmaydi. Quyosh va lazer yuzlari birligi muvozanatdagi nurlanish oqimi fazoviy kogerent nurlanishining spektral Quvvatlarini solishtirsak, lazer Quyoshga karaganda marta kо‘p nurlanish berishini kuramiz. Lazerning yuqorida kо‘r- satilgan quvvatga ega bо‘lgan fokuslantirilmagan yorug‘lik dasta- sidagi elektr maydoni kuchlaiganligining amplitudasini topsak, uning kattaligi taxminan V/sm ekanligini kо‘ramiz. Taqqoslash uchun Yernnng ekvatordagi yuzi yaqinida ochiq kunda Quyosh yorug‘ligi maydonining kuchlanganligi 10 V/sm ga yaqin ekanligini aytib о‘tamiz. Lazer yorug‘ligi dastasi maydonining kuchlanganligini bir necha tartibga kо‘paytirish mumkin ekanligini kelgusida kuramizDamlash sistemasi aktiv markazlarni qo‘zg‘atish uchun ishlatiladi. Qo‘zg‘atish uslubi aktiv muhitning qandayligiga qarab turlicha bo‘lishi mumkin. Gazli lazerlarda gaz (yoki gazlar aralashmasi) orqali tok o‘tkazib, gaz plazmasi hosil qilinadi va aktiv markazlar zarrachalarning o‘zaro to‘qnashuvi natijasida qo‘zg‘atiladi. Aktiv elementi qattiq jism bo‘lgan lazerlarda shu element katta quvvatli nur chiqaruvchi lampa (yoki chaqmoq lampa) yordamida yoritiladi. Yarimo‘tkazgichli lazerlarda “p-n o‘tish” orqali tok o‘tkazib, elektron–teshiklar injeksiya qilinadi. Ba’zan aktiv elementni qo‘zg‘atish uchun kimyoviy reaksiyalar va elektron dastalari xam ishlatilishi mumkin.Yuqorida aytilganlarni majburiy chiqarish nurlanishni uning boshqa xarakteristikalarini o’zgartirmay kuchaytiradi, majburiy yutish esa susaytiradi degan fikrning boshqacha shaklda aytilgani deb hisoblash mumkin. Lekin optik kvant generatorlari nurlanishning xususiyatlarini tushunish uchun tushayotgan to’lqin bilan majburiy o’tishlar natijasida chiqarilayotgan «ikkilamchi» to’lqinlarning kogerentligi to’g’risidagi tasavvurlarga asoslansak manbadan ma’lum bir yo’nalishda tarqaluvchi quvvatli nurlanish olish uchun zarur bo’lgan fazoviy sinfazlik shartini majburiy chiqarish jarayonida amalga oshirish mumkinligi ko’rinadi. Haqiqatdan ham, fazoning har xil nuqtalarida joylashgan atomlar chiqarayotgan to’lqinlarning boshlang’ich fazalari mos yo’l farqini kompensatsiyalaydigan bo’lsa, bunday to’lqinlar kuzatish nuqtasida sinfazali ravishda qo’shiladi.
Yuqorida muhokama qilingan va majburiy o’tishlar bilan bog’langan kogerent nur chiqarishdan tashqari, muhit atomlari spontan o’tishlarda ham qatnashib, natijada bir-biri bilan hamda tashqi maydon bilan kogerent bo’lmagan to’lqinlar chiqarilishini yoddan chiqarmaslik kerak.Lazerning optik rezonatori lazerdan chikayotgan nurlanishning kollimatsiyasini (yо‘nalganligini) ta’minlashi haqida aytib о‘tilgan edi. Yoqut sterjenlardan foydalantanda nurlantirilayotgan yorug‘lik konusining ochilish burchagining difraksion chegarasiga erishish qiyin bо‘lsa ham yorug‘lik dastasi bir necha minutdan (burchak minutlaridan) oshmaydigan darajada yoyiluvchan dasta bо‘ladi. Demak, lazerdan bir kilometr uzoqlikda joylashgan ekranga tushirilgan yorug‘lik dastasi kо‘ndalang kesimining dia- metri hech qanday fokuslovchi optik sistemadan foydalanmaganda ham bir metrga yaqin bо‘ladi.
Nurlanishning lazer berayotgan yorug‘lik dastasining kо‘ndalang kesimida dastaning yoyiluvchanligiga uzviy bog‘liq bо‘lgan fazoviy kogerentligini ta’kidlash zarur Agar lazer yorug‘ligi dastasining yо‘liga noshaffof ekranda kesilgan ikki tor parallel tirqishlar tutilsa, ya’ni Yungning interferensiyani kuzatishga bag‘ishlangan tajribasi birinchi kirish tirqishisiz amalga oshirilsa, bu tirqishlar orqasiga qо‘yilgan ekranda polosalari aniq-aniq kо‘rinadigan (kontrastli) interferensiya manzarasini kо‘rish mumkin. Bu esa lazerning nurlanishi fazoviy kogerentlikka ega ekanligini bildiradi.
Yoqutli lazer hech qanday qutblovchining yordamisiz chiziqli qutblangan nurlanish beradi. Agar yoqut sterjen yoqut kristalidan kristallning optik о‘qi sterjenning о‘qiga perpendikulyar yoki u bilan 60° burchak tashkil etadigan qilib kesib olingan bо‘lsa. u holda nurlanish chiziqli qutblangan bо‘lib, induksiyaningD vektori kristallning bosh kesimi tekisligiga perpendikulyar bо‘ladi.
Agar hozirgi zamon laboratoriyalarida qо‘llaniladigan yoqutli impuls lazerining xarakteristikalarini (yorug‘lik impulsining quvvati, nurlanish spektrining kengligi, yorug‘lik dastasining fazoviy kogerentligi, uning kollimatsiyasi) yorug‘likning boshqa manbalarining xuddi shunday xarakteristikalari bilan taqqoslaganda optik kvant generatori nurlanishning prinsipial ravishda boshqa turdagi manbasi ekanligi aniq bо‘ladi. Yengil bajariladigan hisoblarning kо‘rsatishicha, absolyut qora jism 0,025 nm spektral intervalda «lazer quvvatidek quvvat» nurlantirishi uchun uning temper aturasi K ga teng bо‘lishi kerak. Lekin ana shunday shart bajarilgan taqdirda ham bо‘lmaydi. Quyosh va lazer yuzlari birligi muvozanatdagi nurlanish oqimi fazoviy kogerent nurlanishining spektral Quvvatlarini solishtirsak, lazer Quyoshga karaganda marta kо‘p nurlanish berishini kuramiz. Lazerning yuqorida kо‘r- satilgan quvvatga ega bо‘lgan fokuslantirilmagan yorug‘lik dasta- sidagi elektr maydoni kuchlaiganligining amplitudasini topsak, uning kattaligi taxminan V/sm ekanligini kо‘ramiz. Taqqoslash uchun Yernnng ekvatordagi yuzi yaqinida ochiq kunda Quyosh yorug‘ligi maydonining kuchlanganligi 10 V/sm ga yaqin ekanligini aytib о‘tamiz. Lazerlarning rezonatorlari optik tizim bo‘lib, turg‘un elektromagnit to‘lqin hosil qilish hamda ishchi muhitdagi g‘alayonlantirilgan zarralarning majburiy nurlanish berish jarayonining effektivligini oshirish uchun zarur bo‘lgan yuqori intensivlikdagi nurlanish olish hamda elektromagnit to‘lqinni kogerent kuchaytirish imkonini beradi. Lazerlardagi optik rezonatorlar tizimdagi nurlanish kvantining yashash vaqtini uzaytirishdan tashqari zarralarning majburiy nurlanish berib sathdan sathga o‘tish ehtimolligini oshiradi hamda nurlanishning tavsiflarini belgilaydi. Birinchi gazli lazer (Laser – light amplification by stimulated emission of radiation – ya’ni yorug’likni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirish demakdir) 1961-yilda neon va geliy aralashmasida yaratildi. Uzluksiz ish holatida infraqizil sohada to’lqin uzunligi 1,15 mkm bo’lgan kogerent nurlanish berdi. 1962-yilda geliy-neon lazerlarida ko’zga ko’rinadigan sohada, 0,63 mkm to’lqin uzunlikli, qizil rangli kogerent nurlanish hosil qilindi. Shundan beri geliy–neon lazeri takomillashib kelmoqda. 2015-yili fizika yо‘nalishida uch yaponiyalik olim Isamu Okasaki, Xiroshi Amono va Shyuji Nakamuralar sazovor bо‘lishdi. Olimlar energiya tejovchi va ekologik xavfsiz yorug‘lik manbasi - moviy yorug‘lik diodini ixtiro qilishdiюLazerning optik rezonatori lazerdan chikayotgan nurlanishning kollimatsiyasini (yо‘nalganligini) ta’minlashi haqida aytib о‘tilgan edi. Yoqut sterjenlardan foydalantanda nurlantirilayotgan yorug‘lik konusining ochilish burchagining difraksion chegarasiga erishish qiyin bо‘lsa ham yorug‘lik dastasi bir necha minutdan (burchak minutlaridan) oshmaydigan darajada yoyiluvchan dasta bо‘ladi. Demak, lazerdan bir kilometr uzoqlikda joylashgan ekranga tushirilgan yorug‘lik dastasi kо‘ndalang kesimining dia- metri hech qanday fokuslovchi optik sistemadan foydalanmaganda ham bir metrga yaqin bо‘ladi.
Nurlanishning lazer berayotgan yorug‘lik dastasining kо‘ndalang kesimida dastaning yoyiluvchanligiga uzviy bog‘liq bо‘lgan fazoviy kogerentligini ta’kidlash zarur Agar lazer yorug‘ligi dastasining yо‘liga noshaffof ekranda kesilgan ikki tor parallel tirqishlar tutilsa, ya’ni Yungning interferensiyani kuzatishga bag‘ishlangan tajribasi birinchi kirish tirqishisiz amalga oshirilsa, bu tirqishlar orqasiga qо‘yilgan ekranda polosalari aniq-aniq kо‘rinadigan (kontrastli) interferensiya manzarasini kо‘rish mumkin. Bu esa lazerning nurlanishi fazoviy kogerentlikka ega ekanligini bildiradi.
Yoqutli lazer hech qanday qutblovchining yordamisiz chiziqli qutblangan nurlanish beradi. Agar yoqut sterjen yoqut kristalidan kristallning optik о‘qi sterjenning о‘qiga perpendikulyar yoki u bilan 60° burchak tashkil etadigan qilib kesib olingan bо‘lsa. u holda nurlanish chiziqli qutblangan bо‘lib, induksiyaningD vektori kristallning bosh kesimi tekisligiga perpendikulyar bо‘ladi.
Agar hozirgi zamon laboratoriyalarida qо‘llaniladigan yoqutli impuls lazerining xarakteristikalarini (yorug‘lik impulsining quvvati, nurlanish spektrining kengligi, yorug‘lik dastasining fazoviy kogerentligi, uning kollimatsiyasi) yorug‘likning boshqa manbalarining xuddi shunday xarakteristikalari bilan taqqoslaganda optik kvant generatori nurlanishning prinsipial ravishda boshqa turdagi manbasi ekanligi aniq bо‘ladi. Yengil bajariladigan hisoblarning kо‘rsatishicha, absolyut qora jism 0,025 nm spektral intervalda «lazer quvvatidek quvvat» nurlantirishi uchun uning temper aturasi K ga teng bо‘lishi kerak. Lekin ana shunday shart bajarilgan taqdirda ham bо‘lmaydi. Quyosh va lazer yuzlari birligi muvozanatdagi nurlanish oqimi fazoviy kogerent nurlanishining spektral Quvvatlarini solishtirsak, lazer Quyoshga karaganda marta kо‘p nurlanish berishini kuramiz. Lazerning yuqorida kо‘r- satilgan quvvatga ega bо‘lgan fokuslantirilmagan yorug‘lik dasta- sidagi elektr maydoni kuchlaiganligining amplitudasini topsak, uning kattaligi taxminan V/sm ekanligini kо‘ramiz. Taqqoslash uchun Yernnng ekvatordagi yuzi yaqinida ochiq kunda Quyosh yorug‘ligi maydonining kuchlanganligi 10 V/sm ga yaqin ekanligini aytib о‘tamiz. Lazer yorug‘ligi dastasi maydonining kuchlanganligini bir necha tartibga kо‘paytirish mumkin ekanligini kelgusida kuramizLazerning optik rezonatori lazerdan chikayotgan nurlanishning kollimatsiyasini (yо‘nalganligini) ta’minlashi haqida aytib о‘tilgan edi. Yoqut sterjenlardan foydalantanda nurlantirilayotgan yorug‘lik konusining ochilish burchagining difraksion chegarasiga erishish qiyin bо‘lsa ham yorug‘lik dastasi bir necha minutdan (burchak minutlaridan) oshmaydigan darajada yoyiluvchan dasta bо‘ladi. Demak, lazerdan bir kilometr uzoqlikda joylashgan ekranga tushirilgan yorug‘lik dastasi kо‘ndalang kesimining dia- metri hech qanday fokuslovchi optik sistemadan foydalanmaganda ham bir metrga yaqin bо‘ladi.
Nurlanishning lazer berayotgan yorug‘lik dastasining kо‘ndalang kesimida dastaning yoyiluvchanligiga uzviy bog‘liq bо‘lgan fazoviy kogerentligini ta’kidlash zarur Agar lazer yorug‘ligi dastasining yо‘liga noshaffof ekranda kesilgan ikki tor parallel tirqishlar tutilsa, ya’ni Yungning interferensiyani kuzatishga bag‘ishlangan tajribasi birinchi kirish tirqishisiz amalga oshirilsa, bu tirqishlar orqasiga qо‘yilgan ekranda polosalari aniq-aniq kо‘rinadigan (kontrastli) interferensiya manzarasini kо‘rish mumkin. Bu esa lazerning nurlanishi fazoviy kogerentlikka ega ekanligini bildiradi.
Yoqutli lazer hech qanday qutblovchining yordamisiz chiziqli qutblangan nurlanish beradi. Agar yoqut sterjen yoqut kristalidan kristallning optik о‘qi sterjenning о‘qiga perpendikulyar yoki u bilan 60° burchak tashkil etadigan qilib kesib olingan bо‘lsa. u holda nurlanish chiziqli qutblangan bо‘lib, induksiyaningD vektori kristallning bosh kesimi tekisligiga perpendikulyar bо‘ladi.
Agar hozirgi zamon laboratoriyalarida qо‘llaniladigan yoqutli impuls lazerining xarakteristikalarini (yorug‘lik impulsining quvvati, nurlanish spektrining kengligi, yorug‘lik dastasining fazoviy kogerentligi, uning kollimatsiyasi) yorug‘likning boshqa manbalarining xuddi shunday xarakteristikalari bilan taqqoslaganda optik kvant generatori nurlanishning prinsipial ravishda boshqa turdagi manbasi ekanligi aniq bо‘ladi. Yengil bajariladigan hisoblarning kо‘rsatishicha, absolyut qora jism 0,025 nm spektral intervalda «lazer quvvatidek quvvat» nurlantirishi uchun uning temper aturasi K ga teng bо‘lishi kerak. Lekin ana shunday shart bajarilgan taqdirda ham bо‘lmaydi. Quyosh va lazer yuzlari birligi muvozanatdagi nurlanish oqimi fazoviy kogerent nurlanishining spektral Quvvatlarini solishtirsak, lazer Quyoshga karaganda marta kо‘p nurlanish berishini kuramiz. Lazerning yuqorida kо‘r- satilgan quvvatga ega bо‘lgan fokuslantirilmagan yorug‘lik dasta- sidagi elektr maydoni kuchlaiganligining amplitudasini topsak, uning kattaligi taxminan V/sm ekanligini kо‘ramiz. Taqqoslash uchun Yernnng ekvatordagi yuzi yaqinida ochiq kunda Quyosh yorug‘ligi maydonining kuchlanganligi 10 V/sm ga yaqin ekanligini aytib о‘tamiz. Lazer yorug‘ligi dastasi maydonining kuchlanganligini bir necha tartibga kо‘paytirish mumkin ekanligini kelgusida kuramiz
Xulosa. Kurs ishi “Kvant kuchaytirgichlar” nazariy tahliliga bag`ishlangan . Xulosa qilib shuni aytishimiz mumkinki lazer fizikasida kvant kuchaytirgichlar asosiy rol o`ynaydi. Hozirgi kunda lazer fizkasida kvant kuchaytirgichlar haqida talabalarga ko`plab ma`lumot berib borilmoqda. 1950-yillarning boshlarida bir-birlaridan mustaqil ravishda N.G.Bosov , A.M.Proxov va Ch.Tauns tomonidan majburiy nurlanish g`oyalaridan amalda foydalanib , ammiak molekulasida ishlovchi molekulyar kuchaytirgicchlar ya`ni Mazer yaratildi . Mazer – inglizcha so`zlaridagi bosh harflardan tashkil topgan mazmuni mikro to`lqinni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirishdir . Kurs ishimni yozginimcha asosan shu ma`lmotlar bilan tanishdim . Bundan tashqari kvant elektronikaning rivojlanishi elektromagnit to`lqinning yangi , infraqizil va ko`zga ko`rinuvchi sohalarida kogerent nurlanish olishga yo`naltiradi . Birinchi gazli lazer ya`ni ( yorug`likni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirish degani ) 1961-yilda neon va geliy aralashmasida yaratildi.2015-yilifizika yo`nalishida uch yaponiyalik olim Isamu Okasaki , Xiroshi Amono va Nakamuralar sazovor bo`lishdi. Olimlar energiya tejovchi va ekologik xavfsiz yorug`lik manbasi moviy yorug`lik diodini ixtiro qilishdi.Men o`ylaymanki kavnt kuchaytirgichlar haqida ancha ma`lumotga ega bo`ldim.