Тошкент ахборот технологиялари университети оптик алоқа тизимлари

10.2. Оптик кучайтиргичларнинг иш принципи

Маълумки, микрозарралар - молекулалар, атомлар, ионлар, ядролар ва электронларнинг ҳаракати квант механикаси қонунларига бўйсунади. Шу сабабли бундай заррачалар мажмуи квант тизимлари деб аталади.

Қаттиқ жимсларда микрозаррачаларнинг ўзаро таъсири жуда кучли бўлиб, энергиянинг дискрет қийматлари бир-бирига жуда яқин жойлашган бўлади. Энергетик сатҳларнинг бундай мажмуи – энергетик соҳаларни ҳосил қилади. Бир-бирига қўшни жойлашган энергетик соҳалар – ман этилган энергетик соҳа билан ажратилган бўлади (10.1-расм).

10.1-расм. Ярим ўтказгичнинг энергетик диаграммаси.

Микрозарраларнинг бир энергетик сатҳдан бошқасига ўтиши квант ўтиш деб аталади. Квант ўтиш чоғида


(10.1)

муносабат билан аниқланадиган энергия ажралиб чиқади ёки ютилади.

Микрозаррачаларнинг бир тебранма ҳаракат сатҳидан бошқа тебранма ҳаракат сатҳига ўтиш натижасида инфрақизил нурланиш ҳосил бўлади.
Микрозаррачаларнинг бир энергетик сатҳдан бошқасига ўз-ўзидан, яъни ташқи таъсирсиз ўтиши спонтан ўтиш деб аталади. Спонтан ўтиш чоғида бир хил частотали, бироқ турли йўналишлар бўйича тарқаладиган, фаза жиҳатдан бир-биридан фарқ қиладиган, қутбланиш текислиги турлича бўлган квантлар ҳосил бўлади (10.2, а расм).
Микрозаррачаларнинг бир энергетик сатҳдан бошқа энергетик сатҳга ташқи электромагнит нурланиш таъсирида ўтиши мажбурий ўтиш дейилади. Бунда энергия ютилиши ёки ажралиши мумкин (10.2, б расм).
Юқори энергетик сатҳдан қуйи энергетик сатҳга мажбурий ўтиш содир бўлганида ташқи электромагнит нурланиш квантларига айнан ўхшаш квантлар ҳосил бўлади. Бу ҳолда нурланишнинг частотаси, фазаси, тарқалиш йўналиши, қутбланиш текислиги бир хил бўлади.
Агар квант тизимига ташқаридан таъсир кўрсатиб, уни номувозанатли ҳолатга ўтказилса, юқориги энергетик сатҳлар қуйи энергетик сатҳларга қараганда кўпроқ эгалланиб қолиши мумкин. Энергетик сатҳларнинг бундай эгалланиши тескари эгалланганлик ёки инверс эгалланганлик деб аталади.

10.2-расм. Спонтан ва мажбурий ўтишлар.

Энергетик сатҳлари тескари эгалланган квант тизимига энергияси энергетик сатҳларнинг фарқига тенг квантлар билан таъсир қилинса, юқорида қайд этилганидек, мажбурий нурланиш улушига қараганда катта бўлишига эришилса, нурланишнинг кучайиши содир бўлади. Бу ҳодиса оптик квант кучайтиргичлари иш принципининг асосини ташкил этади. Мазкур квант тизимида, бунга қўшимча тарзда тескари боғланиш ҳосил қилиш чоралари кўрилса, у ўз-ўзидан уйғониш (қўзғалиш) режимига ўтади. Бундай жараён когерент ва монохроматик нурланиш манбаи бўлган лазерларининг иш принципи асосини ташкил этади.