Referati mavzu: Azot lazeri Tekshirdi: dots. I. A. Solovyov Bajardi: Rahimov N

3. Azot lazeri
Gaz lazerlari - faol muhit gaz, bir nechta gazlar aralashmasi yoki gazlarning metall bug'lari bilan aralashmasi bo'lgan lazerlar. Gaz lazerlari bugungi kunda eng ko'p qo'llaniladigan lazer turidir. Har xil turdagi gaz lazerlari orasida har doim lazer uchun deyarli har qanday talabni qondiradigan lazerni topish mumkin, impulsli rejimda spektrning ko'rinadigan hududida juda yuqori quvvat bundan mustasno. Materiallarning chiziqli bo'lmagan optik xususiyatlarini o'rganishda ko'plab tajribalar uchun yuqori quvvatlar kerak. Hozirgi vaqtda gaz lazerlarida yuqori quvvatlar olinmagan, chunki ulardagi atomlarning zichligi etarlicha yuqori emas. Biroq, deyarli barcha boshqa maqsadlarda, optik pompalanadigan qattiq holatdagi lazerlar va yarim o'tkazgichli lazerlardan ustun bo'lgan o'ziga xos turdagi gaz lazerini topish mumkin. Gaz lazerlarining katta guruhi gaz deşarj lazerlari bo'lib, ularda faol muhit kam uchraydigan gaz (bosim 1-10 mm Hg) bo'lib, nasos porlash yoki yoy bo'lishi mumkin bo'lgan elektr razryad orqali amalga oshiriladi va yaratiladi. to'g'ridan-to'g'ri oqim yoki yuqori chastotali o'zgaruvchan tok (10 -50 MGts) bilan. Gaz chiqarish lazerlarining bir necha turlari mavjud. Ion lazerlarida nurlanish ionlarning energiya darajalari orasidagi elektronlarning o'tishlari tufayli olinadi. Bunga misol qilib, shahar yoyi deşarjdan foydalanadigan argon lazerini keltirish mumkin. Atom o'tishlariga asoslangan lazerlar atomlarning energiya darajalari orasidagi elektronlarning o'tishlari tufayli hosil bo'ladi. Ushbu lazerlar to'lqin uzunligi 0,4-100 mkm bo'lgan nurlanish hosil qiladi. Misol tariqasida geliy va neon aralashmasida taxminan 1 mmHg bosim ostida ishlaydigan geliy-neon lazeridir. Art. Nasos uchun taxminan 1000 V doimiy kuchlanish natijasida hosil bo'lgan porlash oqimi ishlatiladi. Molekulyar lazerlar ham gazli lazerlarga tegishli bo'lib, ularda nurlanish molekulalarning energiya darajalari orasidagi elektron o'tishlaridan kelib chiqadi. Ushbu lazerlar 0,2 dan 50 mkm gacha bo'lgan to'lqin uzunliklariga mos keladigan keng chastota diapazoniga ega.[3]
Azotli lazer uch darajali lazer. Odatdagidan farqli o'laroq to'rt darajali lazer, azotning yuqori lazer darajasi to'g'ridan-to'g'ri pompalanadi, nasosga hech qanday tezlik chegaralarini o'rnatmaslik. Nasos odatda to'g'ridan-to'g'ri elektron ta'sirida ta'minlanadi; elektronlar etarli energiyaga ega bo'lishi kerak, aks holda ular yuqori lazer darajasini qo'zg'atmaydi. Odatda xabar qilingan tegmaslik ko'rsatkichlar azot gazining Torr · sm bosimi uchun 80 dan 100 eV oralig'ida. Kam bosimlarda lazerning ishlash muddati 40 ns yuqori va bosim oshgani sayin umr qisqaradi. 1 atmosferada umr ko'rish atigi 1 dan 2 ns gacha. Eng kuchli chiziqlar 337,1 nm to'lqin uzunligi ichida ultrabinafsha. Boshqa yo'nalishlar 357,6 nm, shuningdek ultrabinafsha nurlanishida qayd etilgan. Ushbu ma'lumot molekulyar azotning ikkinchi ijobiy tizimiga taalluqlidir, bu juda keng tarqalgan. Yo'q tebranish azot atomlarining ikkitasi ishtirok etadi, chunki elektron o'tish bilan atom-atom masofasi o'zgarmaydi. Bu aylanish yetkazib berish uchun o'zgarishi kerak burchak momentum fotondan, shuningdek, bir nechta aylanish holatlari xona haroratida joylashtirilgan. Uzoq qizil va qatorlarida chiziqlar ham mavjud infraqizil birinchi musbat tizimdan va molekulyar azot musbat (1+) ionidan ko'rinadigan ko'k lazer chizig'i. Metastabil pastki darajadagi ishlash muddati 40 mikroni tashkil etadi, shuning uchun lazer odatda 20 nsdan kamroq vaqt ichida tugaydi. O'z-o'zini tugatishning bunday turi ba'zan "quyi darajadagi tiqilib qolish" deb nomlanadi. Bu ko'plab boshqa lazerlarda ko'rinadigan yagona qoidadir. Bundan tashqari, tirqish bor, chunki parchalanish bosqichida bo'shliq devorlari kerak va bu lazer odatda doimiy rejimda ishlaydi, yuqori darajadagi umr ko'rish davomiyligi 10 ns dan kam bo'lgan bir nechta organik bo'yoqlardan doimiy rejimda foydalanilgan. Nd: YAG lazer yuqori darajadagi ishlash muddati 230 miks, shu bilan birga u 100 ta impulsni qo'llab-quvvatlaydi. Qaytarilish tezligi bir necha kHz gacha bo'lishi mumkin, agar etarli gaz oqimi va strukturaning sovishi ta'minlansa. Sovuq azot issiq azotga qaraganda yaxshiroq vositadir va bu takrorlanish tezligi soniyasiga bir necha impulsdan oshib borishi bilan impuls energiyasi va quvvatining pasayishiga sabab bo'ladi. Lazer kanalida qolgan ionlar bilan bog'liq muammolar ham mavjud. Havo78% azot bo'lgan, ishlatilishi mumkin, ammo 0,5% dan ortiq kislorod lazerni zaharlaydi. Azot lazerlari a ichida ishlashi mumkin rezonator bo'shlig'i, lekin odatda har 20 mm dan 2 ga teng bo'lgan daromad tufayli ular tez-tez ishlaydi superlyuminesans yolg'iz;[iqtibos kerak]bir uchiga oynani qo'yish odatiy holdir, natijada chiqish boshqa uchidan chiqadi. 10 mm kenglikdagi daromad hajmi uchun difraktsiya yutuq muhiti bo'ylab 30 metrdan keyin o'yinga kiradi, eshitilmagan uzunlik. Shunday qilib, ushbu lazerga konkav linzalari yoki qayta yo'naltirilgan linzalar kerak emas va nurlanish sifati ortish vositasi bo'ylab yaxshilanadi. Pompalanadigan hajmning balandligi 1 mm ga teng bo'lishi mumkin, bu esa 0,3 m dan keyin qayta yo'naltirilgan linzalarga muhtoj. Oddiy echim - katta radiusli yumaloq elektrodlardan foydalanish, shunda kvadratik nasos profilini olish kerak.
Azot lazeri gaz molekulalari lazerlari turkumiga kiradi. Azot molekulasining elektron- tebranish energetik sathlari sxemasi 60- rasmda keltirilgan. Azot molekulasining uyg‘ongan elektron-tebranish S3 Pi (vq0) sathdan pastki energetik elektron-tebranish V3 Pd (vq0) sathga o‘tishda (S3 Pi- V 3 Pd) ultrabinafsha (λq337,1nm) yorug‘lik nuri paydo bo‘ladi va u lazer nurlanishini hosil qiladi. Uyg‘ongan azot molekulasi S3 Pi energetik sathda 38 nanosekund va pastki V3 Pd energetik sathda esa 8 mikrosekund yashaydi. Azot molekulasining yuqori uyg‘ongan energetik sathda yashash muddati pastki energetik sathda yashash muddatidan qariyb 100 marta kam. Molekulaning bu xususiyati pastki V3 Pd energetik sathda ko‘pchilik azot molekulalarining soni to‘planib qolishiga sabab bo‘ladi. O‘sha V3 Pd energetik sathda joylashgan molekulalar sonining oshishi azot gazida inversiya kuchganlikni tezda chegaralab qo‘yadi. O‘sha sababli azot lazeriga o‘z–o‘zidan chegaralangan energetik o‘tishli aktiv modda asosida ishlaydigan lazer ham deyiladi. Azot gazida uzluksiz inversiya hosil qilib bo‘lmaydi va shunga ko‘ra azot lazeri uzluksiz rejimda ishlay olmaydi, faqat impulsli rejimda ishlaydi xolos.[4]

[5]
Azot gazida inversion ko‘chganlikni hosil qilish uch energetik sathli aktiv modda kabi bo‘lib, impulsli elektrik damlash usuli bilan amalga oshiriladi. Impulsli energetik damlash muddati 38 nanosekunddan kichik bo‘lishi talab qilinadi. Impulsli elektrik damlash qancha qisqa muddatli bo‘lsa, azot molekulalarida o‘shancha samarali ravishda inversion ko‘chganlikni hosil qilish boshlanadi. Azot gazida inversion ko‘chganlikni hosil qilishda, impulsli gazorazryaddan foydalaniladi. Katta kuchlanishli elektr toki azot gazi orqali o‘tkazilganda, tok kuchiiing o‘zgarish tezligi diG‘dt katta qiymatga erishadi. Razryad davomida azot molekulalari elektron bilan to‘qnashib, asosiy X1   д elektron- tebranish energetik sathdan (Frank –Konden prinsipiga asosan) uyg‘ongan S3 Pi elektron– tebranish sathga kuchiriladi. Azot molekulasining S3 Pi sathga o‘tish ehtimoli, V 3 Pd sathga o‘tish ehtimolidan ancha kattadir. Hozirgi kunda S 3 Pi va V3 Pd energetik sathlarda inversiya hosil qilish mexanizmi aniq o‘rganilgan. S3Pi va V3Pd energetik sathlarga ikkinchi musbat sistema deyiladi. Pastdan yuqoriga yo‘nalgan uzun strelka elektrik damlashni ifodalaydi. Yuqoridagi enargetik sathlarda tebranish v kvant sonlari nolga teng bo‘lgan energetik sathlar oralig‘ida bo‘ladigan kvant o‘tishga mos keladi. Azot molekulasida inversiya hosil qilish uch energetik sathli aktiv moddalar sxemasiga o‘xshashdir. Azot lazerida kuchayish koeffisiyenti katta qiymatga ega. Impulsli damlash osonlik bilan ko‘pchilik azot molekulalarini yuqorigi S3Pi energetik sathga ko‘chiradi va uyg‘ongan azot molekulalari deyarli qisqa vaqt ichida nurlanadi. Bu esa o‘ta nurlanishni hosil qiladi. Agar moddada katta inversion ko’chganlik hosil qilinsa va juda qisqa muddatda yuqori energetik sathlardagi molekulalar rezonatorsiz nurlansa, bunday nurlanishga o’ta nurlanishi yoki o’ta lyuminessensiya nurlanishi deyiladi. Azot molekulalari joylashgan lazer kyuvetasi (lazer kamerasi) bo‘ylab lyuminessensiya nurlanishi va majburiy nurlanishning kuchayishi juda katta bo‘lgani sababli, optik rezonatorning qo‘llanish zaruriyati ham qolmaydi. Lazer kyuvetasi o‘qi bo‘ylab majburiy nurlanish kuchayishi 60dbG‘m ga teng. Bu kuchayishni quyidagicha tasavvur qilish mumkin: azot molekulasi yuqori energetik sathda juda kam vaqt yashagani uchun, barcha uyg‘ongan molekulalar deyarli bir vaqtda yuqori sathdan pastki sathga o‘tadi. O‘sha pastki oraliq energetik sathda molekula uzoq saqlanib qoladi va u molekulani qayta uyg‘otish jarayonini qiyinlashtiradi. Azot molekulasining qayta uyg‘onishi uchun u asosiy X1   д elektron – tebranish sathda joylashgan bo‘lishi zarur. Shunga ko‘ra, elektrik damlash juda qisqa muddatli impuls bo‘lib, bir yo‘la azot gazining ko‘pchilik qismini uyg‘ota oladi. Shu talablarga ko‘ra, azot lazeri rezonatorsiz ham ishlay oladi, lekin yakka ko‘zgu qo‘llaniladi, u ko‘zgu lazer kamerasidan qarama-qarshi tomonga tarqalayotgan nurlanishni bir tomonga yo‘naltirish vazifasini bajaradi xolos. Shuni aytish lozimki, ko‘pchilik azot lazerlari ishlagan vaqtda, lazer kamerasida azot gazi oqib o‘tib turadi. Azot gazining oqim tezligi 3.4 lG’min ga teng. Shu xil tezlik, azot gazini kamerada yangilaydi, bu esa azot gazida yangidan inversion ko‘chirishni hosil qilishga imkoniyat yaratadi. Lazer kamerasida gaz bosimi 30‚60mm sim. ustuniga teng bo‘ladi. Azot lazerining to`zilishi va ishlashi sxematik ravishda 61-rasmda ko‘rsatilgan. Kameraning uzunligi 80’100sm, balandligi 4sm, devorlari qalinligi 0,56sm, elektrodlari oralig‘i 3,6sm, elektrodlarining qalinligi 0,4sm. Kameraning ikki qarama-qarshi tomonlariga kvars plastinasi bilan berkitilgan va o‘sha plastinalarning biri orqali lazer nuri tashqariga tarqaladi.


2- rasm. Azot lazerining ishlash va to`zilish sxemasi. a) tiratron lampasi, b) lazer kamerasi, И -yuqori kuchnanishli elektr manbai, Sn –yig‘uvchi kondensator, Sl-keskinlashtiruvchi kondensator sxemasi, Sn–yig‘uvchi kondensator,
Sl –keskinlashtiruvchi kondensator.[5]
Kameraning uzunligi 80’100sm, balandligi 4sm, devorlari qalinligi 0,56sm, elektrodlari oralig‘i 3,6sm, elektrodlarining qalinligi 0,4sm. Kameraning ikki qarama-qarshi tomonlariga kvars plastinasi bilan berkitilgan va o‘sha plastinalarning biri orqali lazer nuri tashqariga tarqaladi. Azot lazeri quyidagicha ishlaydi: 61-rasmda yuqori kuchlanishli elektr manbai R3 qarshilik yordamida Sn kondensatorni zaryadlaydi. Tashqi generatordan tiratron lampasining to‘riga impuls beriladi va tiratron ochiladi. Tiratron ochilishi bilan Sn kondensatorda to‘plangan elektr energiya Sl kondensatorga o‘zatiladi va kondensator zaryadlanadi. Sl kondensator lazer kamerasidagi asosny elektrodlarga parallel joylashgan. Sl kondensator zaryadlanib bo‘lish bilan, ikki elektrod oralig‘ida, lazer kamerasida, elektr zaryadi boshlanadi. O‘sha vaqtda, ikki elektrod orasida katta kuchlanishli impulsli elektr razryadi paydo bo‘ladi. Kuchlanishning o‘sishi juda tez (vertikal) tik ravishda ko‘tarilib, juda qisqa muddatli bo‘ladi. Razryad toki ham juda qisqa muddatli 15’20 nanosekund davom etadi. Ana shunday qisqa muddatli razryad lazer kamerasida elektron haroratini oshiradi va azot gazi molekulalarini samarali ravishda uyg‘otadi. O‘sha sharoitda lazer kamerasidan azot lazeri nurlanishi chiqadi va generasiya nurlanishi 5’10 nanosekund davom etadi. Shuni aytish lozimki, sanoat tayyorlab chiqarayotgan azot lazerlarining quvvati juda past va foydali ish koeffisiyenti 0,001 0,01 % ni tashkil etadi.

3- rasm. Aozt lazeri kamerasidagi razryad toki va kuchlanishining ossillogrammasi: a) 1-kuchlanish, 2-razryad toki, Rк - kameradagi elektr tokining qarshiligi, b) azot lazerining impulsi.[5]


4- rasm Azot N₂ molekulasining energetik xolati soddalik uchun eng pastdagi elektronning xolati [6]

5- rasm Azot aralashmali gaz lazerining spektroskopik xususiyatlari ultra binafsha o`tishlaridagi xususiyatlari [6]
Nazariy jihatdan azot lazerining FIK 16% ni tashkil etadi. Ayrim mualliflar tajriba yo‘li bilan mitti azot lazerlarida FIK ni 1% yetkazishgan. Azot lazeri bo‘yoq lazerlarini ishga tushirishda samarali damlash manbai sifatida o‘z o‘rnini mustahkam egallab turibdi. Bu paragrafda bayon qilingan azot lazeri quvvati 1Mega-vatt bo‘lib, FIK esa 0,1% ni tashkil etadi.[5]
Xulosa
Xulosa qilib aytganda, lazer - Bu kuchli tor yorug'lik nurini yaratadigan qurilma. "Lazer" nomi (lazer) yasovchi so‘zlarning bosh harflarini qo‘shish orqali yasaladi Inglizcha ifoda l tun amplifikasiya tomonidan s simulyatsiya qilingan emissiyaning radiatsiya, nimani anglatadi "rag'batlantirilgan emissiya orqali yorug'likning kuchayishi". Lazer shu qadar kuchli yorug'lik nurlarini yaratadiki, ular hatto juda bardoshli materiallarda ham teshiklarni yoqishga qodir va bunga soniyaning faqat bir qismini sarflaydi. Oddiy yorug'lik manbadan turli yo'nalishlarda tarqaladi. Uni nurga yig'ish uchun turli xil optik linzalar yoki konkav oynalar ishlatiladi. Va bunday yorug'lik nuri hatto olov yoqishi mumkin bo'lsa-da, u energiyani lazer nurining energiyasi bilan taqqoslab bo'lmaydi. Gaz lazerlari - faol muhit gaz, bir nechta gazlar aralashmasi yoki gazlarning metall bug'lari bilan aralashmasi bo'lgan lazerlar. Gaz lazerlari bugungi kunda eng ko'p qo'llaniladigan lazer turidir. Birinchi lazer 1960-yilda T. Meyman tomonidan yaratilgan. Keyinchalik xorijiy mamlakatlar olimlari bilan bir qatorli lazer nurlanishlarini energiyasini oshirish, kam energiya sarflydigan,
barcha ko‘rsatkichlari bo‘yicha samarali bo‘gan yangi faol muhitlarda lazerlar yaratish sohasida O‘zbekisto fizik olimlarining ham salmoqli hissalari bor. Hozirgi vaqtga kelib lazer nurlanishi - yuzlab faol muhitlarda hosil qilingan. Bu faol nuhitlar
o‘zining agregat holatlari, ishlash sharoitlari va boshqa ko‘pgina xususiyatlari bilan farq qiladi. Lazerlarni faol muhitlarining agregat holatiga kо'ra qattiq jismli, gazli, ionli, kimyoviy va yarimo‘tkazgichli lazer turlariga ajratiladi. Lazer shu qadar kuchli yorug'lik nurlarini yaratadiki, ular hatto juda bardoshli materiallarda ham teshiklarni yoqishga qodir va bunga soniyaning faqat bir qismini sarflaydi. Lazerlar ham sanoatning turli sohalrida qo`llaniladi.

Foydalanilgan adabiyotlar

1. 
   Kamolxo`jayev SH.M., Muhammadjonov M.A., Lazerlar va ularning qo`llanilishi. TDTU,-T., 1999.
   
2. 
   Басов Н.Г. Квантовая элэктроника - M.: Наука, 1971.
   
3. 
   Алейников В. Лазери на окиси углерода - M., 1989.
   
4. 
   Miriniyatov M. Lazerlar fizikasi va tehnikasi. – T.: Universitet, 2012.
   
5. 
   R. Elmurodov ., I. Maripov. LAZERLAR FIZIKASIDAN LABORATORIYA ISHLARI (Uslubiy qo’llanma)
   

Internet saytlari

www.ziyonet.uz
www.google.uz
www.arxiv.uz