|
П. BOB. NOCHlZIQLI OPTIKA MASALALARINI MATEMATIK MODELLASHTIRIRSH
|
| bet | 4/6 | | Sana | 11.01.2024 | | Hajmi | 342,5 Kb. | | #134899 |
Bog'liq behzodbek madellashtirishП. BOB. NOCHlZIQLI OPTIKA MASALALARINI MATEMATIK MODELLASHTIRIRSH.
2.1 Spontan va majburiy nurlanishlar.
Yorug‘likning nurlanishida nurlanuvchi sistemalar (atomlar, molekulalar va hokazo) uyg‘otilgan yuqori energetik sathdan quyi energetik sathga o‘tadi. Agar bunday o‘tish o‘z-o‘zidan, hech qanday tashqi ta’sirsiz sodir bo‘lsa, spontan o‘tish, bunda vujudga kelgan nurlanish spontan nurlanish deyiladi. Spontan o‘tish turli vaqtlar ichida, tasodifan, tartibsiz holatda bo‘ladi, shunga mos ravishda nurlanayotgan yorug‘lik xaotik ravishda fazasini, qutbla- nishini va yo‘nalishini o‘zgartirib turadi.
1916- yilda A. Eynshteyn elektronning atomda yuqori energetik sathdan quyi energetik sathga o‘tishi va bu o‘tishda ro‘y beradigan nurlanish faqat o‘z-o‘zidan bo‘lmasligi ham mumkinligini oldindan aytgan edi. Tashqi elektromagnit maydon ta’sirida uyg‘ongan atom o‘zidagi ortiqcha energiyani foton chiqarish yo‘li bilan oldinroq berib yuborishi ham mumkin. Bunday nurlanishni majburiy nurlanish yoki induksiyalangan nurlanish deb ataladi.
Tashqi elektromagnit to‘lqin chastotasi bilan uyg‘ongan atomning xususiy nurlanish chastotasi mos tushganda induksiya¬langan nurlanish ehtimolligi keskin ortadi.
Shunday qilib, hv=W2-Wl foton chiqarishga tayyor turgan uyg‘ongan atomning hv foton bilan o‘zaro ta’siri natijasida energiyalari ham, harakat yo‘nalishlari ham tamomila birday ikkita egizak-foton yuzaga keladi (197- rasm). Elektromagnit to‘lqin nazariyaga ko‘ra atom o‘zini nurlanishga majbur qilgan to‘lqin bilan tarqalish yo‘nalishi, chastotasi, fazasi va qutblanishi jihatidan
Lazerlar yoki optik kvant generatorlar (LASER-light amplification by stimulated emission of radiation) unikal xususiyatlarga ega bo‘lgan kogerent nurlanishning zamonabiy manbalaridir. Lazerlarning yaratilishi XX asr ikkinchi yarmida fizika sohasida erishilgan yutuqlardan biri hisoblanadi. Hozirda turli xarakteristikalarga ega ko‘plab lazerlar – gaz, qattiq jismli, yarim o‘tkazgichli yaratilgan. Lazerlar impul’s va uzluksiz rejimlarda ishlaydi. Lazer qurilmalari quvvati bir necha millivattdan 1012 -1013 Bt (impul’s rejimda) bo‘ladi. Lazerlar harbiy sohada, materiallarga ishlov berish texnologiyalarida, medisinada, navigatsiya optic sistemalarida, aloqa sohasi, ximiya va kundalik turmushda keng qo‘llaniladi. Dastlabki lazer qurilmasi 1960 yilda yaratilganiga qaramay kundalik turmushimizni usiz tasavvur qilib bo‘lmaydi.
Lazer nurlanishining muhim xususiyati uning yuqori darajadagi monoxromatikligi hisoblanadi. Bunga ishchi modda atomlarining birdaniga kooperativ nurlanishi hisobiga erishiladi.
Lzerning ishlash prinsipini tushinish uchun atomlar tomonidan yorug‘lik kvantlarining yutilish va chiqarish jrayonini diqqat bilan o‘rganish kerak. Atom turli E1, E2 va h.z. energetic holatlarda bo‘lishi mumkin. Bor nazariyasiga ko‘ra bu holatlar stabil holatlar deyiladi. Atom juda uzoq vaqt mobaynida turishi mumkin bo‘lgan holatga asosiy holat deyiladi. Boshqa holatlar nostabil hisoblanadi. Nostabil holatlarda atom taxminan 10-8 sekund davomida bo‘lishi mumkin va keyin yorug‘lik kvanti chiqarib pastki yoki asosiy holatga otadi. Bunday bir holatdan ikkinchisiga o‘tishiga spontan o‘tish deyiladi. Ayrim uyg‘ongan holatlarda nisbatan ko‘proq taxminan 10-3 sekund davomida bo‘lishi mumkin. Bunday holatlarga metastabil holat deyiladi. Atomlardagi o‘tishlar fotonlar chiqarilishi yoki yutilishi hisobiga bo‘lmasligi ham mumkin. Atomlar boshqa atomlar yoki elektronlar bilan o‘zaro ta’sirlashishi hisobiga ham bir holatdan boshqasiga o‘tishi mumkin. Bunday o‘tishlarga nurlanishsiz o‘tishlar deyiladi.
A.Eynshteyn 1916 yilda atomdagi elektronning yuqori enegetik holatdan pastki energetic holatga o‘tishi bo o‘tish chastotasiga teng bo‘lgan chastotali elektromagnit maydon ta’siri ostida ham sodir bo‘lishi mumkinligini bashorat qildi. Bunday nurlanish majburiy yoki indusirlangan nurlanish deyiladi. Bu majburiy nurlanish spontan nurlanishdan tubdan farq qiladi. Uyg‘ongan atomning foton bilan o‘zaro ta’siri natijasida atom shunday chastotali va shu yo‘nalishda tarqaluvchi yana bitta foton chiqaradi. To‘lqin nazariyasi nuqtai-nazaridan atom chastotasi, fazasi, kutblanganligi va tarqalish yo‘nalishi bir xil bo‘lgan elektromagnit to‘lqin chiqaradi. Bunday majburiy nurlanish natijasida muhitda tarqalayotgan to‘lqin amplitudasi oshadi. Kvant nazariya nuqtai-nazaridan uyg‘ongan atomning chastotasi atomdagi o‘tish chastotasiga teng foton bilan o‘zaro ta’siri natijasida ikkita bir xil egizak foton hosil bo‘ladi. Aynan shunday majburiy yoki indusirlangan nurlanish lazerlar ishlash prinsipini tashkil qiladi.
(a) yutilish, (b) spontan nurlanish va (c) indusirlangan nurlanishlarninr tasvirlanishi
Moddaning shaffof qatlamini qaraymiz. Undagi atomlar E1 va E2 > E1 energetik holatlarda bo‘lishi mumkin. Bu qatlamda ν = ΔE / h o‘tishning rezonans chastotali nurlanishi tarqaladigan bo‘lsin. Bol’sman taqsimotiga ko‘ra, termodinamik muvozanat holatda atomlarning asosiy qismi pastki energetic holatda bo‘ladi. Atomlarning bir qismi esa o‘zaro ta’sirlashish natijasida yuqori energetic holatda bo‘ladi. Pastki va yuqorigi energetic holatlarni mos holda n1 va n2 < n1 deb belgilaymiz. Eynshteyn (a) uyg‘onmagan atom tomonidan fotonning yutilishi va (c) uyg‘ongan atom tomonidan fotonning indusirlangan chiqishi bir xil ehtimollikka egaligini ko‘rsatib berdi.n2 < n1 ligidan fotonlarning yutilishi ularning indusirlangan nurlanishiga qaraganda ko‘proq ro‘y berishi kelib chiqadi. Natijada moddaning shaffof qatlam orqali o‘tuvchi nurlanish kuchsizlanadi. Qatlam orqali o‘tuvchi nurlanish kuchayishi uchun n2 > n1 holatni hosil qilish kerak, ya’ni sathlarning teskari (invers)joylashishini hosil qilish kerak. Bunday muhit termodinamik nomuvozanat (turg‘unmas) muhit deyiladi. Optik kuchaytirish uchun bunday nomuvozanat muhitni qo‘llash g‘oyasi В.А. Фабрикант tomonidan 1940 yilda taklif qilingan. 1954 yilda rus fiziklari Н.Г. Басов va А.М. Прохоров hamda ulardan mustaqil ravishda amerikalik olim Ч. Таунс λ = 1,27 sм to‘lqin uzunlikli, ya’ni mikroto‘lqinli generatorni yaratishdi. Bu ishlari uchun 1964 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishdi.
Sathlar invers joylashgan muhitga aktiv muhit deyiladi. Bu muhit yoruglikni kuchaytiruvchi hisoblanadi. Bunday kuchaytiruvchi holatni hosil qilish uchun aktiv muhitni ikkita oyna orasiga joylashtirish kerak. Bu oynalardan qaytgan yorug‘lik muhitdan ko‘p maratoba o‘tishi natijasida indusirlangan nurlanishni kuchaytiradi. Bunda invers holatlar ushlab turilishi kerak. Bu jarayon lazer fizikasida nakachka deb ataladi.
|
| |
