2.6. QAZ LAZERLƏRİ
Təyinatı: Qaz lazerləri elə optik generatorlara deyilir ki, aktiv cisim kimi qaz və onların qarışığından istifadə olunur.
Təsnifatı: Qazların fiziki təbiətinə uyğun olaraq, lazerlər atom, ion və molekul lazerlərinə bölünür. Bəzən lazerin adı işçi cismin adı ilə göstərilir. Məsələn: «hellium-neon lazeri»vəya «H2O molekullarındakı lazer» və s.
Qaz optik generatorları invers doyumluq yaradılması metoduna görə də fərqlənir. Elektrik boşalması zamanı elektronların qaz hissəcikləri ilə (atom, ion, molekul) toqquşmasından doyumluq inversiyası yaranan cihazlar qazboşalma lazerləri adlanır.
Molekulların dağılması ilə (dissosasiya) müşaiyyət olunan, kimyəvi reaksiyaların hesabına yaranan qazlar aktiv vəziyyətli lazerlər adlanır. Oksigen, dəm qazı, karbon qazı və s. Lakin ən çox inert qazlarından istifadə olunur: arqon, neon, hellium, kripton, ksenon və onların qarışıqları.
Qaz lazerlərində qazın sıxlığı az olduğu üçün işıq şüaları lazerin işçi həcmində demək olar ki, səpələnmir. Bu da optik rezonatorun güzgülərinin bir-birindən uzaq məsafədə yerləşməsinə imkan yaradır. Bu halda yüksək dərəcədə istiqamətlənmiş və monoxromatik şüalanma alınmasına şərait yaranır. Digər tərəfdən bərk cisimlərdə olduğu kimi, qazlarda da çox sayda aktiv hissəciklər almaq mümkün olmur. Bu səbəbdən qaz lazerlərinin şüalanma gücü nisbətən az olur.
Qazın energetik diaqramı: şək 3-16-da lazerlərdə istifadə edilən qazların energetik vəziyyətlərinin sadələşmiş diaqramı verilmişdir. Sıfır səviyyəsi kimi atomun ionlaşma və ya molekulların dissosasiya səviyyəsi qəbul edilmişdir. Sıfır səviyyəsinin yaxınlığında çox sayda başqa səviyyələr yerləşir. Əsas energetik səviyyənin yanında (E0) qazın növündən asılı olan səviyyələr yerləşmişdir. Bu səviyyələrdə hissəciklərin yaşama müddəti nisbətən çox olur. Adətən, qaz lazerlərində işçi keçidlər energetik spektrin bu hissəsində təşkil olunur.
Atom qaz lazerlərində ionlaşma enerjisi λ=1÷12mkm dalğa uzunluqlu infraqırmızı diapazondakı şüalanmaya uyğun olur.
İon lazerlərində şüalanma ultrabənövşəyi diapazonda baş verir (λ=0,2÷0,6mkm).
Molekul lazerlərində şüalanma submillimetrlik diapazonda baş verir.
Beləliklə, qaz lazerlərinin ümumi şüalanma diapazonu çox geniş olur və ultrabənövşəyidən submillimetrlik dalğa diapazonunu əhatə edir (λ=0,2÷400mkm). Qaz lazerləri şüalanmanın yüksək monoxromatik olması, şüa ayrılmasının kiçik bucağı və tezliyin yüksək stabilliyi ilə fərqlənir.
Qaz lazerinin mənfi xüsusiyyətləri: kiçik şüalanma güclü, f.i.ə-nin az olması, böyük qabariti və s-dir.
2.7. HELLİUM-NEON ATOM LAZERİ.
Bu növ qaz lazeri şək 3-17-də göstərilmişdir. Şüşə və ya kvars borusu (bu qaz küveti adlanır) təzyiqləri müxtəlif olan hellium və neon qazlarının qarışığı ilə doldurulmuşdur (helium üçün təzyiq: p=1mm c.s.; neon üçün p=0,1mm c.s.). Müxtəlif generatorlar üçün küvetin uzunluğu müxtəlif olur : bir neçə sm-dən bir neçə m-ə qədər, küvetin diametri d≥1sm.
Küvetin uclarına paralel səthli şüşə və ya kvars lövhələr bərkidilir. Bu lövhələr küvetin oxuna nəzərən Θ0 bucağı altında (Brüster bucağı) yerləşdirilir. Küvetin hər iki tərəfində əyilmiş və ya müstəvi güzgülərdən istifadə olunur. Bu güzgülər optik rezonatoru təşkil edir.İşıq şüası xaricə çıxan güzgü yarımşəffaf hazırlanır və ya mərkəzində deşik açılır. Xaricdən küvetə dairəvi elektrodlar yerləşdirilir və bunların köməyi ilə küvetdə yüksək tezlikli boşalmalar yaranır. Elektrodlar yüksək tezlikli generatordan qidalanır.
 .
İş prinsipi: Helium və neonun energetik diaqramları şək 3-18-də göstərilmişdir. Helium atomunun elektron konfiqurasiyası 1S vəziyyətidir. Heliumun həyəcanlanmayan əsas vəziyyəti diaqramdakı aşağı energetik səviyyəyə uyğun gəlir. Həyəcanlanma zamanı helium atomu 2S örtüyünə (səviyyəsinə) keçir. 19,82eV və20,61eV enerjilərinə uyğun olan iki həyəcanlanmış aşağı vəziyyət, diaqramda spektroskopik işarələr sisteminə uyğun olaraq, 23S1 və 21S0 indeksləri ilə işarə olunur. Küvetdə elektrik boşalması zamanı qazın ionlaşması baş verir: helium, neon ionları və sərbəst elektronlar əmələ gəlir. Helium və neonun (He və Ne) atomları böyük sürətlə hərəkət edən sərbəst elektronlarla qarşılıqlı təsir nəticəsində həyəcanlanmış vəziyyətə keçə bilər. Helium-neon lazerlərində işçi keçidləri neonun energetik səviyyələri arasındakı keçidlər sayılır: 3S→3P; 3S→2P; 2S→2P keçidləri. İşçi həcmdə heliumun atomları neonun 3S və 2S yuxarı işçi səviyyələri üçün əlavə doldurma kanalı kimi işləyir. Elektronlarla qarşılıqlı təsir hesabına heliumun atomları 23S1 və 21S0 həyəcanlanma səviyyələrini doldurur. Heliumun 23S1 və 21S0 səviyyələri neonun 2S və 3S səviyyələrinə uyğun gəlir və onlardan təxminən 0,03eV qədər fərqlənir. Bu səbəbdən həyəcanlanmış neon atomarının həyəcanlanmamış heliumun atomları ilə qarşılıqlı təsiri zamanı həyəcanlanmanın (oyanmanın) rezonans örtülməsi müşahidə olunur. Helium atomları 23S1və21S0 həyəcanlanmış vəziyyətdən əsas vəziyyətə, uyğun olaraq, neonun atomları 2S və 3S vəziyyətinə keçir.
Nəticədə 3S→3P; 3S→2P; 2S→2P işçi keçidlərində invers dolması (bollaşması) baş verir. İnduksiyalanmış şüalanma zamanı hissəciklər aşağı 2P səviyyəsinə keçir, az müddətdən sonra buradan 1S səviyyəsinə düşür. Bu səviyyənin boşalması küvetin divarlarında hissəciklərin diffuziyası hesabına baş verir, burada onlar enerjinin bir hissəsini itirir və əsas vəziyyətə keçir.
Helium-neon lazerlərin göstəriciləri: Əsas işçi keçidləri qırmızı şüanın generasiyasını aşağıdakı diapazonda təmin edir:
Diapazonun görünən hissəsi λ=0,63mkm, 3S→2P keçidi
Diapazonun infraqırmızı hissəsi λ=1,15mkm, 2S→2P keçidi.
3S→2P keçidi, ən az güclənmə ilə xarakterizə olunur və lazerin göstəricilərinin dəyişməsinə daha həssas olur. Bu dalğa diapazonunda şüalanma daha çox istifadə olunur. 2S→2P keçidi, daha çox güclənmə ilə fərqlənir. 3S→3P keçidində güclənmə ən böyük qiymətə malik olur və başqa tezliklərə nisbətən burada generasiya asan baş verir.
Helium-neon lazerlərin şüalanma gücü böyük olmur. λ=0,63mkm dalğa diapazonunda 10mVt-larla və daha uzun dalğalarda 100mVt-larla olur. Generasiya gücünün səviyyəsi bir neçə səbəbdən asılıdır: küvetdə ümumi təzyiq 1mm və boşalma cərəyanı 50mA olduqda, maksimum güc alınır. Küvetin ölçüləri böyük olduğu üçün, şüanın ayrılması 1÷2 dəqiqə tərtibində olur. Tezliyin stabilliyi 10-10 yaxın olur.
Helium-neon lazerindən başqa atom lazerləri də mövcuddur:
Arqon lazerləri λ=1,62+3,14 mkm
Kripton lazeri λ=1,69+5,3 mkm
Ksenon-helium lazeri λ=2,0+4,61 mkm
2.8. ARQON - İON LAZERİ.
Arqon lazeri ən çox istifadə olunan lazer növüdür. Burada işçi keçidlər kimi ionların həyəcanlanmış keçid vəziyyətləri istifadə olunur. Arqon lazerin quruluşu şək 3-19-da göstərilmişdir. Arqonla doldurulmuş qaz küvetinin kənarlarında disk şəkilli katod və silindrik anod yerləşir. Bu elektrodlara qida mənbəyindən gərginlik verilir. Bu gərginlik vasitəsi ilə küvetdə böyük cərəyan sıxlığına malik (1000A/sm2-naqədər) elektrik qövsü yaranır. Küvetin orta hissəsi iki dənə borudan hazırlanmışdır. Kiçik diametrli (1÷5mm) daxili boruda (kapilyarda) elektrik boşalması baş verir. Cərəyanın sıxlığını artırmaq üçün kapilyarda uzununa maqnit sahəsi istifadə olunur. Bu sahə xarici sabit maqnit sistemi tərəfindən yaradılır. Boşalma prosesində qaz tədricən anoda tərəf axır; qazın əks tərəfə hərəkəti xarici boru vasitəsi ilə əldə edilir. Küvetin uclarına Brüster pəncərələri bərkidilir; küvetin hər iki tərəfinə optik rezonatoru əmələ gətirən müstəvi və ya mailli (əyilmiş) güzgülər yerləşdirilir.
İş prinsipi: Arqon- ionun energetik diaqramı şək 3-20-də göstərilmişdir. Elektrik boşalması zamanı elektronlarla toqquşmadan arqon ionlarının həyəcanlanması baş verir. İonların yaşama müddəti 4S vəziyyətinə nisbətən 4R vəziyyətində daha çox olur. Beləliklə, qaz boşalma plazmasında ionların yüksək konsentrasiyası (sıxlığı) zamanı, 4R, 4S səviyyələri invers bollaşmanın yaranması üçün həyəcanlanma prosesinin intensivliyi (4R səviyyəsinin dolması) lazımi səviyyədə ola bilər.
Xarakteristika və göstəriciləri: Şək 3-20-də arqon lazerinin 9 işçi keçidi göstərilmişdir. Bu keçidlərdə λ=0,45÷0,51mkm dalğa diapazonunda şüalanma müşahidə olunur. Kapilyar borunun uzunluğu 0,5m olanda, şüalanma gücü 50VT, f.i.ə. 0,01÷0,1% olur.
Arqon lazerindən başqa, bir və ya iki dəfə ionlaşmış kripton lazeri , ksenon ion lazeri , xlor ion lazeri və s. istifadə olunur.
|
