Kirish I. Bob. Lazerlar haqida umumiy ma’lumot

I₀r_эфф² ехр20L1 (20.3)
shartga keltiriladi. Bu yerda ₀() - kuchaytirish koeffitsiyentining intensivliklar kichik bo‗lgandagi, ya‘ni to‗yinish effekti hisobga olinmagan holdagi qiymati (to‗yinmagan kuchaytirish koeffitsiyenti). (20.3) munosabat tenglikka aylanganda generatsiyaning bo‗sag‗a shartlariga erishilgan bo‗ladi.
Yuqorida aytilganlarga mos ravishda generatsiyaning statsionar quvvati quyidagi shart bilan aniqlanadi:
I₀r²_эфф ехр2 L1(20.4) bu munosabatni potensirlab,
 L f , f ln (1/r_эфф)(20.5)
shartlarni topamiz. (20.4) yoki (20.5) shartlar statsionar generatsiya
shartlari deyiladi.
Yuqorida kiritilgan f kattalik energiyaning nisbiy isroflari yoki qisqacha isroflar deyiladi. Ba‘zan f kattalik o‗rniga rezonatorning aslligi deb ataladigan Q_r kattalikdan foydalaniladi. Tebranuvchi sistemaning asilligi deb, sistemada jamg‗arilgan energiyaning sistemadan tebranishning bir 2_/_ davrida chiqayotgan energiyaga nisbatiga aytiladi. Optik
rezonatorlarda yuqorida aytilgancha ta‘riflangan asllik f isroflarga
Q_r 2Lf q/ f (20.6)
munosabat orqali bog‗langan, bu yerda q – rezonatorning L uzunligida
joylashgan yarim to‗lqinlar soni.
Spontan nurlanishning aktiv rezonatorda kuchaytirilishi va nihoyat, shu rezonatorning kogerent nurlari generatorlariga aylanishi avtotebranuvchi sistemalarda generatsiya o‗z-o‗zidan uyg‗ongan vaqtda rivojlanib boradigan jarayonlarga juda o‗xshashdir. Bunday sistemalarda tebranuvchi sistema bilan tebranishlarni ta‘minlab turgan energiya manbai o‗rtasidagi musbat teskari bog‗lanish muhim rol o‗ynaydi. Induktiv musbat teskari bog‗lanishning mohiyati qiyosan sodda bo‗lishini elektron lampali tebranish generatorida ko‗rishimiz mumkin.
Optik kvant generatorlarida ko‗zguli rezonator nurlanish maydoni bilan uning energiya manbai- aktiv muhit o‗rtasida musbat teskari bog‗lanish vujudga keltiradi. Rezonatorning ko‗zgulari tufayli yorug‗lik oqimi aktiv muhitda ko‗p marta tarqaladi (shu bilan u kuchayadi). Bu hol generatsiyaning o‗z-o‗zidan uyg‗onishi hamda uni davom ettirish uchun zarur. Lekin rezonatorning lazer ishidagi vazifasi maydon energiyasining zichligini aktiv muhitda ko‗paytirishdangina iborat bo‗lmaydi. Yuqorida ko‗rsatib o‗tilgan o‗xshashlikka asosan, avtotebranuvchi rejimning vujudga kelishi uchun teskari bog‗lanish musbat bo‗lishi kerak. Boshqacha qilib aytganda, sistemada bo‗lgan hamda teskari bog‗lanish kanali orqali kelayotgan tebranishlar o‗rtasida qat‘iy sinfazalik mavjud bo‗lishi shart.
Bundan ko‗rinadiki optik kvant generatorlari fizikaning turli sahalarida paydo bo‗lgan uchta asosiy g‗oyaga asoslangan. Birinchi g‗oya Eynshteynga tegishli bo‗lib, u kogerent bo‗lmagan issiqlik nurlanishi nazariyasida majburiy chiqarish jarayoni mumkin ekanligini postulat qilib aytgan.
Ikkinchi asosiy g‗oya muvozanatda bo‗lmagan termodinamik sistemalardan foydalanish bo‗lib, bu sistemalarda elektromagnitik to‗lqinlar yutilmasdan, balki kuchayishi mumkin (V.A.Fabrikant, 1940 yil). Nihoyat, radiofizika sohasiga tegishli bo‗lgan uchinchi g‗oya - kuchaytiradigan sistemani avtotebranuvchi sistemaga, ya‘ni elektromagnitik kogerent to‗lqinlar generatoriga aylantirish uchun musbat teskari bog‗lanishdan foydalanishdan iborat.
4. Uzluksiz ishlovchi geliy-neon lazeri
Geliy-Neon lazerlari quvvati bir necha o‗n millivattga teng monoxromatik yaxshi dasta nurlantiradi, impulsli va uzluksiz rejimlarda ishlaydi, tuzilishi sodda va ishlatilishi qiyosan bexatardir. Bunday lazerlar spektrning ham ko‗rinuvchan, ham infraqizil sohalarida nurlanish hosil qiladi. Ular nurlanishning to‗lqin uzunligi spektrning ko‗rinuvchi sohasida uning qizil qismiga (l=632,8 nm) to‗g‗ri kelib, spektrning infraqizil sohasida esa to‗lqin uzunligi 1150 va 3390 nm ga teng. Bunday turdagi asboblar laboratoriyada qo‗llaniladigan lazerning keng tarqalgan turi bo‗lib qoldi, bunda nurlanishning parametrlariga qo‗yilgan talablar yuqorida ko‗rsatilgan shartlar bilan cheklanadi. Geliy-Neon lazerining prinspial chizmasi (20.2rasmda ko‗rsatilgan). Bu erda 1-diametri bir necha millimetr va uzunligi bir necha o‗n santimetrdan 1,5 m gacha va undan ortiq bo‗lgan gaz razryad shisha trubkasi. Trubkaning ko‗ndalang yoqlari trubka o‗qiga Bryuster burchagi hosil qilib joylashgan yassi parallel shisha yoki kvars plastinkalar bilan yopilgan. Bu plastinkalarning trubka o‗qi bo‗yicha tarqalayotgan hamda plastinkalarda yorug‗lik tushish tekisligida qutblangan nurlanish uchun qaytarish koeffitsiyentlari nolga teng.

rasm. Geliy va neon lazerning prinsipial chizmasi
Geliyning trubkadagi bosimi taxminan 1 mm sim. ust. ga, neonning bosimi esa 0,1 mm sim. ust. ga teng. Trubkada past voltli manba yordamida qizdiriladigan 2 katod va silindrsimon bo‗sh 3 anod bor. Trubkadagi anod bilan katod o‗rtasiga 1-2,5 kV gacha kuchlanish ulanadi. Trubkaning razryad toki bir necha o‗n milliampermetrga teng. Geliy - noyen lazerining razryad trubkasi 4,5 ko‗zgular o‗rtasiga qo‗yiladi. Odatda sfera shaklida ishlangan bu kuzgalar ko‗p qatlamli dielektrik qoplamali qilib yasalib, bu qoplamalarning qaytarish koeffitsiyenti katta qiymatlarga ega bo‗lib, yorug‗likni qariyib yutmaydi. Bir ko‗zguning o‗tkazishi odatda 2% ga teng, ikkinchisiiki esa 1% dan kam bo‗ladi. Neon sathlarining invers bandligini ta‘minlaydigan jarayonlarini qisqacha muhokama qilaylik. 11.3-rasmda neon atomining energetik sathlarining soddalashtirilgan chizmasi ko‗rsatilgan. (o‗ng tomonda). To‗lqin uzunligi 632,8 va 1150 nm ga teng bo‗lgan nurlanishga Е₃ → E₁ ва E₂ → E₁ o‗tishlar mos keladi.
Gaz-razryad plazmasining elektronlari bilan to‗qnashish natijasida atomlarning bir qismi uyg‗onadi, bu hol 20.3-rasmda vertikal uzun-uzun strelkalar bilan ko‗rsatilgan. Razryadning ma‘lum rejimlarida Е₂ va Е₁ sathlarning invers bandligi uchun bu jarayon etarli bo‗ladi. Lekin l=632,8 ва l=3390 nm to‗lqin uzunliklariga mos keladigan o‗tishlar bo‗ladigan Е₃,E₁ va Е₃,Е₄ sathlar invers ravishda bandlanmagan bo‗ladi.

rasm. Geliy va neon atomlarining energetik sathlari.
Agar razryad trubkasiga geliy kirgizsak, ahvol butunlay o‗zgaradi.
Geliy 20.3-rasmning chap tomonida ko‗rsatilgan uzoq yashovchi (metastabil) ikki Е₃', E₂' holatga ega, bu holatlar elektronlar bilan to‗qnashish vaqtida uyg‗onadi va ularning yashash vaqti katta bo‗lgani sababli geliyning metastabil atomlarining razryaddagi konsentratsiyasi katta bo‗ladi. Geliyning metastabil holatlarining E₃', E₂' energiyalari neonning E₂,
E₃ energiyasiga yaqin, bu hol geliy bilan neon to‗qnashganda uygonish energiyasining geliydan neonga uzatilishi uchun qulaydir. Bu jarayonlar gorizontal punktir strelkalar yordamida simvolik ravishda ko‗rsatilgan. Natijada Е₃, Е₂ sathlarda joylashgan neon atomlarining konsentratsiyasi keskin ortadi, E2 va E3 sathlar invers ravishda bandlanadi, Е₂ va Е₁ sathlarning bandliklar farqi esa bir necha marta ko‗payadi. Demak, neonga geliyning (taxminan 5:1-10:1 munosabatda qo‗shilishi Geliy-neon lazerlaridagi generatsiya uchun juda muhim.
Aniq miqdoriy tekshirishlar geley-neon lazeri nurlanishining (=632,8 nm) fazoviy kogerentlik darajasi (12 birga yaqin ekanligini ko‗rsatadi. Masalan, dastaning ko‗ndalang kesimidagi intensivligi o‗qdagi maksimal intensivliklikning 0,1% iga teng bo‗lgan nuqtalar uchun oqimning kogerent bo‗lmagan 1-₁₂ taxminan 10^-3 ga teng bo‗lib, o‗qdagi nuqtalar uchun taxminan 10^-5 ga teng Hisoblar lazer nurlanishining kogerent bo‗lmagan qismining qiymatlari yuqorida ko‗rsatilganidek bo‗lishiga uning aktiv muhitdagi spontan chiqarish sababchi ekanligini ko‗rsatadi.
Geliy–neon lazeri yuqori darajada kogerent bo‗lgani tufayli turli xil interferensiya va difraksiya hodisalarini teshirishda qo‗llanilishi kerak bo‗lgan uzluksiz monoxromatik nurlanishning juda yaxshi manbai bo‗lib, bunday tekshirishlarni oddiy yorug‗lik manbalari bilan o‗tkazish uchun maxsus apparaturadan foydalanish zarur bo‗lar edi. Geliy-neon lazerlarining turli xildagi variantlari biologik tekshirishlarda, lazerli aloqa sistemalarida, golografiyada, mashinasozlikda, tabiiyot va texnikaning boshqa ko‗p sohalarida keng qo‗llaniladigan bo‗ldi.