Lazer

Lazer (inglizcha laser; Light Amplifi cation by Stimulated Emission of Radiation — majburiy nurlanish yordamida yorug’likning kuchayishi ma’nosini anglatadigan so’z birikmalarining bosh harflaridan olingan), optik kvant generator — ultrabinafsha, infraqizil va ko’zga ko’rinadigan 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. Lazer har xil energiya (elektr, yorug’lik, kimyoviy, issiqlik va hokazolar)ni optik diapozondagi kogerent elektromagnit nur energiyasiga aylantirib beradi. U 3 element — energiya manbai, aktiv muhit (modda), teskari bog’lanishdan iborat (agar Lazer kogerent nurni kuchaytirish uchun xizmat qilsa, teskari bog’lanish zarur emas). Lazer boshqa yorug’lik manbalardan kogerentligi, monoxromatikligi, juda kichik burchak ostida yo’nalganligi bilan, nur quvvatining katta spektral zichlikka, juda yuqori tebranish chastotasiga egaligi bilan farqlanadi. Aktiv muhitga ko’ra, Lazer quyidagi guruhlarga bo’linadi: 1) qattiq jism va suyuqlikdan tayyorlangan Lazer; 2) gazli Lazer; 3) yarimo’tkazgichli Lazer. Bulardan tashqari, eksimer, kimyoviy va hokazolar. Lazer xillari ham bor. Lazerda teskari bog’lanish optik rezonator (ikki ko’zgu) yordamida amalga oshiriladi. Ko’zgular orasiga aktiv modda joylashtiriladi. Nur to’lqini ko’zgulardan qaytib, yana aktiv moddadan o’tadi, unda majburiy o’tishlarni yuzaga keltiradi. Ko’zgulardan biri qisman shaffof bo’lib, u cheksiz ko’p o’tishlardan keyin kuchaygan nurni tashqariga chiqib ketishiga xizmat qiladi. Lazerning ishlash tamoyilida atom tuzilishi muhimdir. Moddalarni tashkil qilgan atomlarni energetik holatlari (orbitasi) har xil. Pastki orbitada zarrasi bo’lgan atom turg’un, yuqori orbitada zarrasi bo’lgan atom beqaror bo’ladi. Yuqori orbitada zarra uzoq turmaydi. Ma’lum vaqt o’tgach, zarra pastki orbitaga tushib, atom o’zidan nur chiqaradi. Yuqori energetik holatlar (orbita) dagi o’z-o’zidan pastga, ya’ni, energetik turg’unroq holatga tushmasa, uni «turtib» tushirib yuborishi mumkin. Buni fanda majburiy nurlatish deyiladi. Tog’ustidan pastga yumalatilgan bitta tosh bir necha toshni yumalatib tushirganidek, moddaning bitta zarrasi turtib yuborilsa, barcha orbitalardagi zarralar qo’zg’aladi. Atom chiqargan nur bilan yutilgan nur ko’shilib, ikkitasi to’rtta, to’rttasi sakkizta va hokazolar. Lazer nuriga aylanadi. Bu nurlarni kvant generator (elektr signal kuchaytirgichiga o’xshab) kuchaytirib, g’oyat to’g’ri yo’nalgan nur (energiya)ga aylantirib beradi. Energiya manbai (o’zgarmas tok, yuqori yoki o’ta yuqori chastotali tok, optik yoki Lazer nuri, elektron nur dastasi) hisobiga aktiv moddadagi elektronlar yuqori (uyg’otilgan) sathlarga o’tib, inversiya holati (elektronlar soni yuqori sath N2 da quyi sath N, dagiga nisbatan ko’p bo’ladi) vujudga keladi. Ularga biror energiya manbai bilan ta’sir ettirilsa (masalan, yorug’lik nuri), aktiv modda ishga tushadi. Bunda elektronlarga berilgan energiya bir necha ming marta ko’payadi va shu onda Lazer nuri shaklini oladi. Bundan tashqari, Lazer nurining qurilmadagi kuchaytirish koeffitsienti kk unda sodir bo’ladigan energiya yo’qotishlar koeffitsienti Ky dan ancha katta (Kkj.) bo’lishi kerak. Shu shartlar bajarilganda Lazer nuri generasiyasi (hosil bo’lishi)ga erishish mumkin. Lazer 2 xil ish rejimiga ega. Agar unda uzluksiz energiya manbaidan foydalanilsa, uzluksiz ingichka nur hosil qilish mumkin. Agar manba impuleli energiya bersa, Lazer nur impulslarini beradi. Qattiq jismlardan tayyorlangan Lazerda (masalan, yoqutli Lazerda) 0,05% gacha xrom (Sg3+) ionlari (aktivator) qo’shilgan alyuminiy oksid (A12O3) dan tayyorlangan qizil kristall shisha tayoqcha ishlatiladi. Bunda yoqut tsilindr shaklida bo’lib, yoqut o’qining ikki uchiga optic rezonator hosil qiluvchi ko’zgular joylashtirilgan. Impulsli lampadan chiqayotgan yorug’lik tebrantirishni vujudga keltiradi. Lampaning yorug’ligi yoqutga tushganda, xrom ionlari lampadan chiqayotgan radiasiya spektrining yashil va sariq qismlarini yutib «uyg’ongan» aktivlashgan holatga o’tadi. Natijada nurlanishga tayyor aktiv muhit hosil bo’ladi va yoqutning o’qi bo’ylab ko’zguga tik yo’nalgan jala shaklida ko’payib boruvchi yorug’lik kvantlari paydo bo’ladi. Yoqutli Lazerlarda generatsiyalanayotgan yorug’likning quvvati 20 kVt gacha yetadi. Ularning f.i.k. 0,1% dan 10% gacha. Lazer nuri generatsiyasi aktivatorning energiya sathlari orasidan o’tishiga bog’liq. Unda hosil bo’lgan infraqizil nurning to’lqin uzunligi >.=0,69 mkm. Qattiq jismli Lazerlardan neodim Lazerida aktiv modda vazifasini neodim (Nd3+) ionlari qo’shilgan shisha (CaWO4) tayoqchadan foydalaniladi. Bu Lazer Lazer=1,06 mkm li infraqizil nur chiqaradi. Suyuq jismlardan tayyorlangan Lazerda aktiv modda o’rnida «Rodamin-6J», piranin, tripaflavin va boshqalar ishlatiladi. Bo’yoqni erituvchi sifatida spirt, atseton, toluol va boshqalardan foydalanib, aktiv modda shisha kyuvetaga joylashtiriladi. Azot Lazer yordamida uyg’otiladigan bo’yoq Lazerning sxematik tuzilishi ko’rsatilgan. Gazli Lazerda [birinchi gazli Lazer (He-Ne) aralashmasida amerikalik olim A. Javan tomonidan yaratilgan] aktiv muhit gaz (yoki gaz aralashmasi)dan bo’ladi. Masalan, geliy-neon (ne—IE)li aktiv muhit geliy va neon gazlar aralashmasidan iborat. Gaz aralashmasi elektr razryadi bilan aktivlashgan holatga keladi. Bunday Lazerda generasiya Ne ning sathlar orasidan o’tishida sodir bo’ladi. Bunda 3 ta to’lqin uzunlikdagi nur chiqadi: ^.=0,63 mkm (qizil nur), L2=1,15 mkm va X3=3,39 mkm (infraqizil nurlar). Gazli Lazerdan (CO2+N2) da X=10,6 mkm uzunlikdagi nur chiqadi. Ionli va kimyoviy Lazerlar ham gazli Lazer hisoblanadi. Ionli Lazerda aktiv muhit — ionlashgan atomlar, kimyoviy Lazerda esa kimyoviy reaktsiyalarda «uyg’ongan» holatga o’tgan atomlar bo’ladi (ion sathlarda ishlovchi argon Lazeri ko’k nur chiqaradi). O’zbekiston milliy universiteti (O’zMU)ning kvant radiofizika kafedrasida o’ta yuqori chastota sohasiga oid tranzistorli avtogeneratorlarda ishlovchi ixcham yengil SO2 Lazeri yaratilgan. Yarimo’tkazgichli masalan, GaAs Lazerlarda aktiv muhit yarimo’tkazgichlardan bo’ladi. Bunday Lazerda muhit optik va elektronlar oqimi yordamida aktiv holatga keltiriladi. Bu turdagi Lazerlarda lazer o’tishlari o’tkazuvchanlik-valent zonalari va donor- aktseptor sathlari orasida bo’ladi. Bular Lazer diodlari deyiladi. Yarimo’tkazgichli diod qalinligi 0,1 mm va yuzasi bir necha mm2 bo’lgan kristall plastinkadan iborat. Bu diodlar orqali to’g’ri tok o’tkazilganda elektronlar yuqori zona yoki sathlarga o’tib, inversiya holati ro’y beradi. Elektronlar quyi zona (yoki sathlar)ga o’tganida elektron-kovaklar rekombinatsiyasi natijasida ajralgan energiya hisobiga Lazer nuri generatsiyasi kuzatiladi. GaAs Lazeridan chiquvchi infraqizil nurning to’lqin uzunligi ^.=0,84 mkm. Yarimo’tkazgichli Lazerlardan aktiv moddasi CdS (ko’k nur), CdTe (qizil, to’q qizil nur — qirmizi), CaSb (qizil; infraqizil nur) bo’lgan Lazerlar mavjud. Yarimo’tkazgichli Lazerlarning tuzilishi sodda, o’lchami kichik va ular uzoq ishlay oladi. Lazerlardagi nur quvvati qattiq jismli Lazer, suyuq jismli Lazer, gazli Lazer, va yarimo’tkazgichli Lazer tartibida, f.i.k. esa yarimo’tkazgichli Lazer, suyuq jismli Lazer, gazli Lazer va qattiq jismli Lazer tartibida kamayib boradi. Nurning ingichkaligi (tor burchak ostida yo’naldalishdagisi) gazli Lazerlarda eng yaxshi, yarimo’tkazgichli Lazerlarda esa eng yomon. Qurilmaning o’lchamlari, og’irligi qattiq jismli Lazerlarda eng katta, gazli va suyuq jismli Lazerlarda o’rtacha, yarimo’tkazgichli Lazerlarda esa eng kichik. Turli Lazerlar nuri Ultrabinafshadan tortib, ko’zga ko’rinadigan soha va infraqizil diapazonlarni qamrab oladi. Lazer turli sohalarda keng qo’llaniladi. Qattiq jismli Lazerlar lazer spektroskopiyasida, Lazer texnologiyasi (qattiq jismlarni qirqish, payvandlash, teshish) da, nochizig’iy optikada, gazli Lazerlar esa chastota va uzunlikni standartlashda, optik sistemalarni sopash, marksheyder ishlarida, Lazerlar kimyosida, tibbiyotda; yarimo’tkazgichli Lazerlar ixcham, yengil bo’lib, optik aloqa sistemalarida, audio va video sistemalarida, tunda ko’rish qurilmalarida, ma’lumotni optik qayta ishlash va proektsion Lazer televideniesida keng qo’llanilmoqda. Kimyoviy Lazerlar atmosfera tarkibini nazorat qilish sistemalarida ishlatiladi. Lazerlar kriminalistika, yer ustidagi uzoq masofalarda va suv osti optik aloqasida, nur tolali telefon aloqa sistemalarida, Lazer kompakt-diski yasashda, xirurgik operatsiyalarda, oftalmologiyada, boshqariluvchi termoyadro sintezida va hokazolarda ishlatiladi. Ad.: Mirzaev A. T., Mirinoyatov M. M., Stepanov V. A., Molekulyarnie gazovie lazeri s poperechnim visokochastotnim vozbujdeniem, M., 1979; 3 vel to o., Printsipi Lazerov [Per. s angl.], 2-izd., M., 1984.A’zam Mirzayev.