Lazer

Lazer bilan tajriba

fLazer kogerent nurlanish chiqaruvchi elektr-optik qurilmadir. Atama inglizcha „laser“ qisqartmasidan kelib chiqib, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (majburiy nurlanish yordamida yorugʻlikni kuchaytirish), deb yoyiladi. Tipik lazer divergensiyasi past va toʻlqin uzunligi qatʼiy cheklangan (yaʼni, monoxrom) yorugʻlik chiqaradi.

Lazer (ing. laser; Light Amplifi cation by Stimulated Emission of Radiation – majburiy nurlanish yordamida yorugʻglikning kuchayishi maʼnosini anglatadigan soʻz birikmalarining bosh harflaridan olingan), optik kvant generator – ultrabinafsha, infraqizil va koʻzga koʻrinadigan soha diapozondagi nurlanishlarni hosil qiluvchi qurilma; kvant elektronikadagi asosiy qurilmalardan biri. Birinchi Lazer 1960-yilda yoqutda amerikalik olim T. Meyman tomonidan yaratilgan. Ishi atom va molekulalarning majburiy nurlanishiga asoslangan. Lazerhar xil energiya (elektr, yorugʻlik, kimyoviy, issiqlik va hokazo)ni optik diapozondagi kogerent elektromagnit nur energiyasiga aylantirib beradi. U 3 element – energiya manbai, aktiv muhit (modda), teskari bogʻlanishdan iborat (agar lazerkogerent nurni kuchaytirish uchun xizmat qilsa, teskari boglanish zarur emas). Lazerboshqa yorugʻlik manbalardan kogerentligi, monoxromatikligi, juda kichik burchak ostida yoʻnalganligi bilan, nur kuvvatining katta spektral zichlikka, juda yuqori tebranish chastotasiga egaligi bilan farqlanadi. Aktiv muhitga koʻra, lazerquyidagi guruhlarga boʻlinadi: 1) qattiq jism va suyuqlikdan tayyorlangan L; 2) gazli L; 3) yarimoʻtkazgichli lazerBulardan tashqari, eksimer, kimyoviy va hokazo. Lazerxillari ham bor. L.da teskari bogʻlanish optik rezonator (ikki koʻzgu) yordamida amalga oshiriladi. Koʻzgular orasiga aktiv modda joylashtiriladi. Nur toʻlqini koʻzgulardan qaytib, yana aktiv moddadan oʻtadi, unda majburiy oʻtishlarni yuzaga keltiradi. Koʻzgulardan biri qisman shaffof boʻlib, u cheksiz koʻp oʻtishlardan keyin kuchaygan nurni tashqariga chiqib ketishiga xizmat qiladi.

L.ning ishlash tamoyilida atom tuzil ishi muhimdir. Moddalarni tashkil qilgan atomlarni energetik holatlari (orbitasi) har xil. Pastki orbitada zarrasi boʻlgan atom turgʻun, yuqori orbitada zarrasi boʻlgan atom beqaror boʻladi. Yuqori orbitada zarra uzoq turmaydi. Maʼlum vaqt oʻtgach, zarra pastki orbitaga tushib, atom oʻzidan nur chiqaradi. Yuqori energetik holatlar (orbita) dagi oʻzoʻzidan pastga, yaʼni, energetik turgʻunroq holatga tushmasa, uni „turtib“ tushirib yuborishi mumkin. Buni fanda majburiy nurlatish deyiladi. Togʻ ustidan pastga yumalatilgan bitta tosh bir necha toshni yumalatib tushirganidek, moddaning bitta zarrasi turtib yuborilsa, barcha orbitalardagi zarralar qoʻzgʻaladi. Atom chiqargan nur bilan yutilgan nur koʻshilib, ikkitasi toʻrtta, toʻrttasi sakkizta va hokazo. Lazernuriga aylanadi. Bu nurlarni kvant generator (elektr signal kuchaytirgichiga oʻxshab) kuchaytirib, gʻoyat toʻgʻri yoʻnalgan nur (energiya)ga aylantirib beradi. Energiya manbai (oʻzgarmas tok, yuqori yoki oʻta yuqori chastotali tok, optik yoki lazernuri, elektron nur dastasi) hisobiga aktiv moddadagi elektronlar yuqori (uygʻotilgan) sathlarga oʻtib, inversiya holati (elektronlar soni yuqori sath N2 da quyi sath N, dagiga nisbatan koʻp boʻladi) vujudga keladi. Ularga biror energiya manbai bilan taʼsir ettirilsa (mas, yorugʻlik nuri), aktiv modda ishga tushadi. Bunda elektronlarga berilgan energiya bir necha ming marta koʻpayadi va shu onda lazernuri shaklini oladi. Bundan tashqari, lazernurining qurilmadagi kuchaytirish koeffitsiyenti Kk unda sodir boʻladigan energiya yoʻqotishlar koeffitsiyenti Ky dan ancha katta (KkJ.) boʻlishi kerak. Shu shartlar bajarilganda lazernuri generatsiyasi (hosil boʻlishi)ga erishish mumkin.

lazer2 xil ish rejimiga ega. Agar unda uzluksiz energiya manbaidan foydalanilsa, uzluksiz ingichka nur hosil qilish mumkin. Agar manba impulyeli energiya bersa, lazernur impulslarini beradi.

Qattiq jismlardan tayyorlangan L.da (mas, yoqutli L.da) 0,05% gacha xrom (Sg3+) ionlari (aktivator) qoʻshilgan alyuminiy oksid (A12O3) dan tayyorlangan kizil kristall shisha tayoqcha ishlatiladi. Bunda yoqut silindr shaklida boʻlib, yoqut oʻqining ikki uchiga optik rezonator hosil qiluvchi koʻzgular joylashtirilgan. Impulsli lampadan chiqayotgan yorugʻlik tebrantirishni vujudga keltiradi. Lampaning yorugʻligi yoqutga tushganda, xrom ionlari lampadan chiqayotgan radiatsiya spektrining yashil va sarik, qismlarini yutib „uygʻongan“ aktivlashgan holatga oʻtadi. Natijada nurlanishga tayyor aktiv muhit hosil boʻladi va yoqutning oʻqi boʻylab koʻzguga tik yoʻnalgan jala shaklida koʻpayib boruvchi yorugʻlik kvantlari paydo boʻladi. Yoqutli L.larda generatsiyalanayotgan yorugʻlikning quvvati 20 kVt gacha yetadi. Ularning f.i.k. 0,1% dan 10% gacha. lazernuri generatsiyasi aktivatorning energiya sathlari orasidan oʻtishiga bogʻliq. Unda hosil boʻlgan infraqizil nurning toʻlqin uzunligi >.=0,69 mkm. Qattiq jismli L.lardan neodim L.ida aktiv modda vazifasini neodim (Nd3+) ionlari qoʻshilgan shisha (CaWO4) tayoqchadan foydalaniladi. Bu lazerL.=1,06 mkm li infraqizil nur chiqaradi.

Suyuq jismlardan tayyorlangan L.da aktiv modda oʻrnida „Rodamin-6J“, piranin, tripaflavin va boshqa ishlati-ladi. Boʻyoqni erituvchi sifatida spirt, atseton, toluol va boshqalardan foydalanib, aktiv modda shisha kyuvetaga joylash-tiriladi (2rasm). Azot lazeryordamida uygʻotiladigan boʻyoq L.ning sxematik tuzilishi koʻrsatilgan. Gazli L.da [bi-rinchi gazli lazer(He-Ne) aralashmasida amerikalik olim A. Javan tomonidan yaratilgan] aktiv muhit gaz (yoki gaz aralashmasi)dan boʻladi. Masalan, geliy-neon (Ne—Ie)li aktiv muhit geliy va neon gazlar aralashmasidan iborat (3-rasm). Gaz aralashmasi elektr razryadi bilan aktivlashgan holatga keladi. Bun-day L.da generatsiya Ne ning sathlar orasidan oʻtishida sodir boʻladi. Bunda 3 ta toʻlqin uzunlikdagi nur chiqadi: ^.=0,63 mkm (qizil nur), L2=1,15 mkm va X3=3,39 mkm (infraqizil nurlar). Gazli L.dan (CO2+N2) da X=10,6 mkm uzunlikdagi nur chiqadi. Ionli va kimyoviy L.lar ham gazli lazerhisoblanadi. Ionli L.da aktiv muhit – ionlashgan atomlar, kimyoviy L.da esa kimyoviy reak-siyalarda „uygʻongan“ holatga oʻtgan atomlar boʻladi (ion sathlarda ishlovchi argon L.i koʻk nur chiqaradi). Oʻzbekiston milliy universiteti (Oʻzbekiston milliy universiteti)ning kvant radiofizika kafedrasida oʻta yuqori chastota sohasiga oid tranzistorli avtogeneratorlarda ishlovchi ixcham yengil SO2 L.i yaratilgan.

Yarimoʻtkazgichli mas, GaAs L.larda aktiv muhit yarimoʻtkazgichlardan boʻladi. Bunday L.da muhit optik va elekt-ronlar oqimi yordamida aktiv holatga keltiriladi. Bu turdagi L.larda lazer oʻtishlari oʻtkazuvchanlik-valent zonalari va donorakseptor sathlari orasida boʻladi. Bular lazerdiodlari deyiladi. Yarimoʻtkazgichli diod qalinligi 0,1 mm va yuzasi bir necha mm2 boʻlgan kristall plastinkadan iborat (4-rasm). Bu diodlar orqali toʻgʻri tok oʻtkazilganda elektronlar yuqori zona yoki sathlarga oʻtib, inversiya holati roʻy beradi. Elektronlar quyi zona (yoki sathlar)ga oʻtganida elektron-kovaklar rekombinatsiyasi natijasida ajralgan energiya hisobiga lazernuri generatsiyasi kuzatiladi. GaAs L.idan chiquvchi in-fraqizil nurning toʻlqin uzunligi ^.=0,84 mkm. Yarimoʻtkazgichli L.lardan aktiv moddasi CdS (koʻk nur), CdTe (qizil, toʻq qizil nur – qirmizi), CaSb (qizil; infraqizil nur) boʻlgan L.lar mavjud. Yarimoʻtkazgichli L.larning tuzilishi sodda, oʻlchami kichik va ular uzoq ishlay oladi.

L.lardagi nur quvvati qattiq jismli L., suyuq jismli L., gazli lazerva yarimoʻtkazgichli lazertartibida, f.i.k. esa yarimoʻtkazgichli L., suyuq jismli L., gazli lazerva qattiqjismli lazertartibida kamayib boradi. Nurning ingichkali-gi (tor burchak ostida yoʻnalgashgagi) gazli L.larda eng yaxshi, yarimoʻtkazgichli L.larda esa eng yomon. Kurilmaning oʻlchamlari, ogʻirligi qattiq jismli L.larda eng katta, gazli va suyuk, jismli L.larda oʻrtacha, yarimoʻtkazgichli L.larda esa eng kichik. Turli L.lar nuri ultrabinafshadan tortib, koʻzga koʻrinadigan soha va infraqizil diapazonlarni qamrab oladi.

Lazerturli sohalarda keng qoʻllanadi. Qattiq jismli L.lar lazer spektroskopiyasida, lazertexnologiyasi (qattik, jismlarni qirqish, payvandlash, teshish) da, nochizigʻiy optikada, gazli L.lar esa chastota va uzunlikni standartlashda, optik sistemalarni sopash, marksheyder ishlarida, L.lar kimyosida, tibbiyotda; yarimoʻtkazgichli L.lar ixcham, yengil boʻlib, optik aloqa sistemalarida, audio va video sistemalarida, tunda koʻrish qurilmalarida, maʼlu-motni optik qayta ishlash va proyeksion lazertelevideniyesida keng qoʻllanilmoqda. Kimyoviy L.lar atmosfera tarkibini nazorat qilish sistemalarida ishlatiladi. L.lar kriminalistika, Yer ustidagi uzok, masofalarda va suv osti optik aloqasida, nur tolali telefon aloqa sistemalarida, lazerkompakt-diski yasashda, xirurgik operatsiyalarda, oftalmologiyada, boshqariluvchi termoyadro sintezida va hokazo k.da ishlatiladi.

Lazerlar qoʻllanishi

Lazerlar oʻlchamlari boʻyicha mikroskopik diodli lazerlardan (yuqorida) koʻp qoʻllanishi, inertial qamoq sintezi, yadroviy qurollarni tadqiq qilish va boshqa yuqori energiya zichligidagi fizika tajribalari uchun ishlatiladigan futbol maydoni oʻlchamidagi neodimiy shisha lazerlarga (pastki) kiradi.

1960-yilda lazerlar ixtiro qilinganida, ular „muammo izlovchi yechim“ deb atalgan.[84] Oʻshandan beri ular zamonaviy jamiyatning barcha boʻlimlarida, jumladan, maishiy elektronika, axborot texnologiyalari, fan, tibbiyot, sanoat, huquqni muhofaza qilish organlari, koʻngilochar va harbiy sohalarda minglab turli xil ilovalarda foydali boʻlib, hamma joyda keng tarqaldi. Lazerlardan foydalangan holda optik tolali aloqa zamonaviy aloqaning asosiy texnologiyasi boʻlib, Internet kabi xizmatlarni taqdim etadi.

Lazerlardan birinchi keng tarqalgan foydalanish 1974 yilda taqdim etilgan supermarket shtrix-kod skaneri boʻldi. 1978 yilda taqdim etilgan lazerli disk pleer lazerni oʻz ichiga olgan birinchi muvaffaqiyatli isteʼmol mahsuloti edi, ammo kompakt disk pleer keng tarqalgan boʻlib qolgan lazer bilan jihozlangan birinchi qurilma edi. , 1982 yildan boshlab, qisqa vaqt ichida lazerli printerlar paydo boʻldi.

Baʼzi boshqa foydalanish:

Aloqa: optik tolali aloqadan tashqari, lazerlar boʻsh kosmik optik aloqa, shu jumladan kosmosdagi lazer aloqasi uchun ishlatiladi.

Tibbiyot: pastga qarang

Sanoat: kesish, shu jumladan yupqa materiallarni konvertatsiya qilish, payvandlash, materiallarni issiqlik bilan ishlov berish, qismlarni markalash (oʻyma va yopishtirish), qoʻshimchalar ishlab chiqarish yoki selektiv lazerli sinterlash va selektiv lazerli eritish kabi 3D bosib chiqarish jarayonlari, qismlarni kontaktsiz oʻlchash va 3D skanerlash va lazer tozalash.

Harbiy: nishonlarni belgilash, yoʻnaltiruvchi oʻq-dorilar, raketaga qarshi mudofaa, elektro-optik qarshi choralar (EOCM), lidar, koʻr qoʻshinlar, oʻqotar qurollarni koʻrish. Pastga qarang

Huquqni muhofaza qilish: LIDAR yoʻl harakati qoidalari. Lazerlar sud-tibbiy identifikatsiya sohasida yashirin barmoq izini aniqlash uchun ishlatiladi[85][86]

Tadqiqotlar: spektroskopiya, lazer ablasyonu, lazerli tavlanish, lazerli sochilish, lazerli interferometriya, lidar, lazerni tortib olish mikrodiseksiyasi, floresan mikroskopiya, metrologiya, lazerli sovutish

Tijorat mahsulotlari: lazer printerlari, shtrix-kod skanerlari, termometrlar, lazer koʻrsatkichlari, gologrammalar, pufakchalar

Oʻyin-kulgi: optik disklar, lazerli yoritish displeylari, lazerli aylanuvchi stollar

2004 yilda, diodli lazerlarni hisobga olmaganda, qiymati 2,19 milliard AQSh dollariga teng boʻlgan taxminan 131 000 ta lazer sotilgan.[87] Xuddi shu yili taxminan 733 million diodli lazer sotilgan, ularning qiymati 3,20 milliard AQSH dollariga teng [88].

Adabiyot

• Mirzayev A. T., Mirinoyatov M. M., Stepanov V. A., Molekulyarnie gazovie lazeri s poperechnim visokochastotnim vozbujdeniyem, M., 1979; 3 vel to O., Prinsipi lazerov [per. s angl.], 2-izd., M., 1984.Aʼzam Mirzayev

Lazer lazer moddasi va unga energiya yigʻib beruvchi optik chuqurdan iborat boʻladi. Lazer moddasi sifatida muayyan optik xossalarga va erkin elektronlarga ega modda (gaz, suyuqlik, qattiqlik) ishlatilishi mumkin. Optik chuqur esa (eng oddiy holda) ikki koʻzgudan iborat boʻlib, yorugʻlik ular orasida joylashgan lazer moddasidan oʻtib turadi. Bunda koʻzgulardan biri yarim shaffof boʻlib, undan lazer nuri sizib chiqadi.

Eng oddiy lazer tuzilishi:
1. Lazer moddasi
2. Tashqi energiya
3. Koʻzgu
4. Yarim shaffof koʻzgu
5. Lazer nuri

Havolalar

• Uzbekistanskie uchenie sozdali moщniy solnechniy lazer (Wayback Machine saytida 2023-09-18 sanasida arxivlangan) ^(rus.)
• Homebuilt Lasers Page (Wayback Machine saytida 2009-06-01 sanasida arxivlangan) ^(ingl.)