2.9. KARBON QAZI (CO2) MOLEKULYAR LAZERİ.
Bu növ lazer ən çox istifadə olunan molekulyar lazerlərdən biridir. Uzunluğu 0,1÷0,5m, diametri 10sm olan küvet karbon, azot və helium qazlarının qarışığı p=1mm c.s. təzyiqi ilə doldurulur.
Molekulyar generatorlarda işçi energetik vəziyyətlər kimi, molekulların dairəvi və ya rəqsi hərəkətləri ilə əlaqədar olan energetik səviyyələr sistemi göstərilmişdir. Molekulun daxili enerjisi hər bir atomun enerjisi və atomların dayanıqlı vəziyyətinə nisbətən dairəvi və rəqs hərəkətlərinin enerjiləri ilə təyin edilir. Elektronların həyəcanlanması hesabına yuxarı səviyyələrin dolma prosesinin effektivliyi artmağa başlayır.
Karbon qazının molekullarının energetik spektri (şək 3-21) atomların rəqsi hərəkət səviyyələrindən təşkil olunmuşdur. Boşalma zamanı elektronlarla toqquşmadan karbon qazının molekulları həyəcanlanmağa başlayır. Bu halda həyəcanlanma səviyyələri dolmağa başlayır. Bunlardan birinci üç səviyyə az yaşama müddəti ilə, E4 səviyyəsi isə nisbətən çox yaşama müddəti ilə fərqlənir. Bundan başqa, E1 səviyyəsini dolduran azot molekullarının həyəcanlanması baş verir. E4 səviyyəsi karbon qazı və E1 səviyyəsi azot qazına yaxın olduğu üçün, həyəcanlanmış azotun molekulları ilə toqquşan karbon molekullarının intensiv rezonans həyəcanlanması müşahidə olunur. Nəticədə E4 səviyyəsinin doyumluğu kəskin artır, onunla E2 və E3 səviyyələri arasında invers doyumluğu (bollaşma) baş verir.
Xarakteristika və göstəriciləri: Molekulyar karbon qazı lazeri yüksək şüalanma gücü ilə fərqlənir. Şüalanma gücü fasiləsiz rejimdə bir neçə kilovatt və impuls f.i.ə. 10%-ə qədərdir. Başqa molekulyar lazerlərdən aşağıdakıları göstərmək olar:
1) Molekulyar su buxarı lazeri: λ=27,9 mkm və λ=118,6 mkm. İmpuls rejimində lazerin gücü 10Vt-a yaxın olur.
2) Molekulyar azot lazeri: λ=0,87÷1,23 mkm.
3) Molekulyar su lazeri. λ =10,77÷11,04 mkm.
2.10. MOLEKULYAR BROM-TELLUR (TEBR)
LAZERİ (KİMYƏVİ LAZER)
Kimyəvi lazerlərdə invers doyumluğu molekulların sürətli bölünmə prosesindən alınır. Bu proseslərə partlayışlar, fotodissosasiyalar və s. aiddir.
Fotodissosasiya prosesi müəyyən tezlikli güclü işıq selinin təsiri ilə molekulların tez bölünməsi (dissosasiyası) hadisəsidir. Bu halda radikallar (bölünmə məhsulları) həyəcanlanma vəziyyətində olur. Təbiidir ki, fotonun udulan enerjisi molekulları parçalamaq üçün lazımi səviyyədə olmalıdır ki, onlardan heç olmasa birini həyəcanlanma vəziyyətinə gətirə bilsin. Məsələn; brom-tellur molekulunun rabitə enerjisi 3,19eV-dur.
Brom-tellur molekulunun dissosasiyası üçün hv=6,45eV foton enerjisi lazımdır. Bu da spektrin ultrabənövşəyi hissəsinəuyğun olan λ=0,185mkm dalğa uzunluğudur.
Molekulyar brom-tellur lazerində bu proses civə lampasının köməyi ilə yerinə yetirilir. Burada şüalanma spektrinin tərkibində tələb edilən dalğa uzunluğu yerləşir.6600 S temperaturda, 0,5mm c.s. təzyiqdə brom-tellur molekulları şüalanmaya məruz qalır. Fotodissosasiya prosesində tellur atomunun həyəcanlanmış səviyyəsi intensiv dolmağa başlayır. İşartı qurtarandan sonra λ=0,535mkm dalğada şüalanma ilə müşayiət olan həyəcanlanmış aşağı səviyyələrin induksiyanlanmış keçid prosesləri inkişaf etməyə başlayır. Kimyəvi lazerlər vasitəsi ilə yüksək f.i.ə.-da böyük şüalanma gücləri təmin edilir.
2.11. BƏRK CİSİMLİ LAZERLƏR
Təyinatı: Bərk cisimli lazerlər elə optik kvant generatorlarına deyilir ki, burada aktiv element kimi kristal və ya amorf dielektriklər istifadə olunur.
Xüsusiyyəti: Məlumdur ki, bərk cisim hissəcikləri yüksək konsentrasisiyası ilə (sıxlığı) fərqlənir. Bu səbəbdən bərk cisimli lazerlərlə aktiv hissəciklərin konsentrasiyasının böyük qiymətləri və uyğun olaraq, yüksək güclənmə əmsalları alına bilər. Bununla yanaşı bərk cismin qeyri-bircins olması,optik rezonatorun keyfiyyət əmsalını azaldır və kiçik bucaq şüalanmasının ayrılmasına imkan vermir.
Bərk cisimli lazerlərin əhəmiyyətli xüsusiyyəti bərk cismin energetik spektri ilə əlaqədardır. Burada bir çox hissəciklərin energetik səviyyələri bölünərək, geniş energetik zonalar yaradır. Bu zonalar bir-birinə yaxın yerləşən energetik vəziyyətlərdən ibarətdir. Bu səbəbdən spektrdə ensiz xətli keçidlərlə yanaşı, geniş spektr zolaqları da olur. Bu zolaqlar energetik doldurma metodu ilə invers bollaşmanın (doymanın) yaranması üçün istifadə edilir.
Materiallar: Bərk cisimli lazerlərdə aktiv element kimi dielektriklərin böyük qrupu olan şüşə və ion kristallarından istifadə olunur. Dielektriklər iki kompanentlərdən ibarətdir:
Matrissa (əsas)
Aktivator
Matrissa kimi kalsium-volframat (CaWO4), kalsium-florid (CaF2), korund (Al2O3) və s. birləşmələr, eləcə də aşağıdakı tərkibdən hazırlanmış şüşələr: K-Va-Si; Na-Ca-Si və s. istifadə edilir.
Aktivator kimi keçid qrup metalların ionları, nadir elementlərin və uranın ionları istifadə olunur.Lazer texnikasında ən çox istifadə edilən material yaqutdur. Lazerlərin aktiv elementləri ölçüsü 1mm÷3sm olan dairəvi və ya kvadrat en kəsiyə malik nüvələrdən hazırlanır. Nüvənin uzunluğu müxtəlif ola bilər. Məsələn: 2÷60sm.
Nüvənin ucları optik rezonatoru əmələ gətirən güzgülərin hazırlanması üçün bir əsas kimi istifadə olunur. Nüvənin uclarındakı güzgülər ciddi şəkildə paralel olmalıdır. Nüvənin uclarına xüsusi dielektrik qat (lay, təbəqə) çəkilir kibu da güzgüləri əmələ gətirir. Lazer şüasının çıxması üçün güzgünün bir tərəfi yarımşəffaf hazırlanır.
2.12. YAQUT LAZERLƏRİ ( Al2O3Cr3+).
Yaqut lazeri bərk cisimli optik kvant generatorlarının ən çox yayılan növüdür. Bu lazerin sxemi şək 3-22-də göstərilmişdir. Əksetdirici güzgü səth ucluqlara malik nüvədən hazırlanmış yaqut kristalı ksenon doldurulmuş qaz boşalma lampası ilə əhatə olunmuşdur. Bütün qurğu yaxşı əksetdirici daxili səthə malik olan örtüyün daxilində yerləşdirilir. Ksenon lampasına yüksək gərginlikli impuls verildikdə lampada elektrik boşalması baş verir. Lampanın şüalanmasının bir hissəsi yaqut kristalı vasitəsi ilə spektrin yaşıl və bənövşəyi sahələrində intensiv udulur.Yaqut kristalının tərkibi korund (A2O3) və xromdan (Cr3+)-dan ibarətdir. Bu udulma hesabına xromun ionları yüksək həyəcanlanma səviyyələrinə keçir: kristalda invers doyumluğu yaranır. Yuxarı səviyyədə aktiv hissəciklərin sayı hüdud qiymətindən çox olan zaman generasiya baş verir.
Energetik doldurma sistemi: Yaqut kristalında invers doyumluğu energetik optik doldurma metodu ilə yaradılır. Doldurma sisteminin effektivliyi ksenon lampasının f.i.ə.-dan, lampanın şüalanma spektrinin aktiv elementin udulma spektri ilə razılaşmasından asılıdır.
Qaz boşalma lampalarının f.i.ə. 0,4÷0,8 arasında olur. İşıq optik sisteminin f.i.ə.-ni 0,6÷0,9-a çatdırmaq üçün müxtəlif əksetdiricilərdən istifadə edilir (şək 3-23). Bu əks etdiricilərin köməyi ilə aktiv elementdə lampanın şüa axınını fokuslamağa imkan yaranır.Yaqut lazerlərində spektrlərin buraxılması və udulmasının razılaşması ksenon və ya civə kapilyar lampalarının istifadə edilməsi ilə əldə edilir. Yaqut kristalının intensiv udulma xətləri spektrin mavi və bənövşəyi sahələrində yaranır (λ=0,1mkm; λ=0,56mkm). Ksenon və civə lampalarının spektrlərinin maksimum buraxılması spektrin yuxarıda göstərilən sahələrində baş verir.
Bundan başqa, optik doldurma sistemi kimi günəş sobaları adlanan sistemdən istifadə olunur. Günəş sobaları geliostat (müstəvi güzgü) və fokusunda aktiv element yerləşən parabolik güzgüdən ibarətdir.
Geliostat günəşə nəzərən elə avtomatik qurulur ki,ondan əks olunan şüalar parabolik güzgüyə düşür.
İş prinsipi: Ksenon lampasının işığı ilə yaqut kristalı işıqlandırılan zaman λ=0,41 mkm; λ=0,56 mkm dalğa diapazonunda intensiv udulma baş verir və energetik zolaqlar dolmağa başlayır. Bunun nəticəsindəişci keçidlərdə induksiyalanmış şualanma yaranır. Hissəciklərbu halda öz enerjisini kristal qəfəsin istilik rəqslərinə sərf edir.Yaqut lazeri vasitəsilə şüalanan dalğaların uzunluğu λ1=0,6934 mkm, λ2=0,6920 mkm olur. Beləliklə, 10sm3 həcmli kristal üçün lampanın ümumi gücü 200 kVt olmalıdır.
İmpuls rejimi: Yaqut lazeri ən çox impuls generasiyası rejimində istifadə olunur. Optik doldurma məqsədi üçün impuls işartı lampalardan istifadə olunur. İmpuls lazerlərində 100-lərcə kVt gücə malik doyma lampası və diametri 10-15 mm, uzunluğu 15-20sm olan yaqut nüvələrindən istifadə olunur. İmpuls lazerlərində f.i.ə. η≤1% olur. Yaqut lazerinin fasiləsiz iş rejimində dolma (doyma) enerjisinin artımı və onun effektli istifadə olunması tələb edilir. Bu məqsədlə, aktiv element kimi sapfir örtüklü yaqut nüvələri istifadə olunur (şək 3-26). Sapfirin sınma əmsalı yaqutda olduğu kimidir, bu səbəbdən işıq şüaları təhrif olunmur.
İmpuls lazerinə nisbətən fasiləsiz iş rejimli lazerlərdə daha kiçik ölçülü nüvələr istifadə olunur. Fasiləsiz iş rejimində şüalanma gücü 100mVt-a qədər olur.
2.13. YARIMKEÇİRİCİLAZERLƏR.
Təyinatı: Yarımkeçirici lazerlər elə optik kvant generatorlarına deyilir ki, burada aktiv elementlər yarımkeçirici materiallardan hazırlanır.
Xüsusiyyətləri: Yarımkeçirici lazerlərin xüsusiyyəti əsasən yarımkeçiricilərin fiziki xüsusiyyətlərindən asılıdır. Yarımkeçirici lazerlərin induksiyalanmış şüalanması qadağan zonasından olan keçidlərdən asılıdır: onun qiyməti yarımkeçirici və yarımkeçirici birləşmələr üçün geniş həddə dəyişdirilir: 0,001÷1eV.
Beləliklə, yarımkeçirici lazerlər geniş diapazonda (ultrabənövşəyidən mm-lik dalğalara qədər) rəqslərin generasiyası üçün istifadə olunur. Yarımkeçirici lazerlərin başqa əhəmiyyətli xüsusiyyəti, onun f.i.ə-nin yüksək olmasıdır (70-80%). Qaz və bərk cisimli lazerlərə nisbətən yarımkeçirici lazerlərin ölçüləri kiçik olur və burada şüalanma tezliyini idarə etmək imkanı vardır.
Materiallar: Lazer materialları kimi (periodik sistemin III və 5 qrup elementləri) yarımkeçirici birləşmələr; (II və 6 qrup elementləri) yarımkeçirici birləşmələr; AV və binar birləşmələr, məsələn: 5qrup elementinin 3 qrupun 2 dənə elementiilə olan qarışığı və s. istifadə olunur.
AV birləşmələrindən aşağıdakılar istifadə olunur: (İnSb) indium-stibi, (GaSb) qallium- stibi, (İnAs) indium-arsen,( GaAs) qallium-arsen,(İnP) indium-fosfid.
A”V birləşmələrindən ən çox aşağıdakı materiallar istifadə edilir: (CdS) kadmium- sulfid, (ZnS) -sink sulfid,( CdSe) kadmium- selen,( ZnSe) sink- selen.
AV birləşmələrindən ən çox (PbS) qurğuşun-sulfid, (PbTe) qurğuşun-tellur, (PbSe) qurğuşun- selen istifadə olunur.
2.14. ELEKTRONU HƏYƏCANLANMIŞ LAZER.
Bu növ lazerlərin sxemi şək 3-30-da göstərilmişdir. Yarımkeçiricinin kristalı kriostatın üzərində yerlışdirilir. Yarımkeçiricinin növündən asılı olaraq, kristal maye helium (4,2oK) və ya maye azotun (77oK) temperaturunda olur. Kristalın səthi elektron topu ilə formalaşan elektron seli ilə bombardman edilir. Elektronların enerjisi 20-50k.e.v. olur. Yarımkeçirici kristalın 0,01-0,1mm dərinliyinə daxil olan böyük sürətli elektronlar valent zonasının bağlı elektronlarını həyəcanlandırır, onlar da keçirici zonaya daxil olur. Yük cütlərinin generasiyası üçün həyəcanlanmış elektron ∆E3 enerjisinin qiymətindən üç dəfə çox olan enerji sərf etməlidir. Yeni yaranan elektronun enerjisi lazımi səviyyədə olarsa, bu zaman yük cütlərinin yeni generasiyası yaranır və s. Beləliklə, proses selvari şəkildə artmağa başlayır. Hesablamaq olar ki, ∆E3 enerjisinin qiymətini biləndən sonra 20k.e.v. enerjili ilk elektron bir neçə min yeni elektronlar yaradabilər.
İlk elektronların enerjisi və elektron selinin sıxlığı lazımi səviyyədə olarsa, yarımkeçiricidə invers bollaşma şərti yerinə yetirilir:
Ef.e. – Ef.d.>∆E3
Optik rezonator yarımkeçirici kristalın iki yan səthi vasitəsi ilə təşkil olunur. Yan səthlər paralel hazırlanır və bu yan səthlər vasitəsi ilə lazerin şüalanması baş verir.
Qallium-arsen üzərindəkilazer aşağıdakı şərtlər daxilində həyəcanlanır:
İmpulsun davametmə müddəti- 10-6san;
İmpulsun təkrar olunma tezliyi- 50Hs;
Elektronların enerjisi- 50k.e.v.;/İmpulsda cərəyanın sıxlığı 2-8A/sm2;
Lazerin f.i.e. 4%
Qallium-stibi (GaSb), indium-arsen(İnAs), indium-stibi (İnSb) və s. kristallarından təşkil olunmuş elektronu həyəcanlanan lazerlərdən geniş istifadə olunur.
| 