Mövzu 7. Lazer texnikası və texnologiyası

Lazer texnikası və texnologiyası elmi-texniki və texnologiya sahəsi olub lazerlərin istehsalı və onların texniki qurğularda, texnoloji proseslərdə tətbiqi ilə əlaqədar olaraq yaranmışdır.

Lazer ingilis sözü olub, məcburi şüalanma yolu ilə işıq şüasının güclənməsi deməkdir.

Lazer şüalarının tətbiq sahəsi çox genişdir. Lazer şüaları çox kiçik bucaq daxilində (10-4 rad) yayılma qabiliyyətinə malikdir. Əgər belə şüanın Ay səthinə verdiyi işıqlı dairənin diametri 1 km təşkil edirsə, adi projektorunki isə 40000 km - ə çatır. Onun bu xüsusiyyətindən istifadə edərək uzaq məsafələri çox böyük dəqiqliklə ölçmək olur. Lazer şüaları vasitəsilə yerin süni peykləri ilə əlaqə və onların idarə olunması, kosmosdan Yerin kartoqrafik şəkillərinin alınması kimi məsələlərin yerinə yetirilməsində mühüm rol oynayır. Lazer şüaları vasitəsilə kimyəvi proseslərdə: möhkəm materialların doğranmasında, qaynaq edilməsində, onlarda çox kiçik diametrə malik deşiklərin açılmasında, təbabətdə göz və digər xəstəliklərin qansız cərrahiyə əməliyyatlarının aparılmasında geniş tətbiq olunur. Lazer ən güclü işıq mənbəyi olub onun enerji impulsunun gücü 109 Vt/sm2 – a bərabərdir. Halbuki Günəş şüasının verdiyi bu enerji 104 Vt/sm2 – dır. Optik linzalar vasitəsilə lazer şüalarını fokuslayaraq onun gücünü 1015 Vt/sm2 çatdırmaq olur ki, bu da onun tətbiq dairəsini başqa sahələrdə daha da genişlənməsinə imkan yaradır.

Lazerlər fizikası ilə ətraflı məşğul olmazdan əvvəl onların əsaslandığı ideyalarla qısaca da olsa tanış olmaq lazımdır. Hər bir lazerdə üç əsas hissədən istifadə olunur: spontan və məcburi şüalanma və udulma. Bu hadisələr elektomaqnit dalğalarının maddə ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində baş verir. Atomun daxili hərəkətinin enerjisi müasir təsəvvürlərə görə kvantlanmışdır. Lazerlərdə atom və başqa kvant sistemlərinin daxili enerjisindən istifadə olunduğuna görə onların işi kvant mexanikası qanunları əsasında izah olunur. Kvant mexanikasına görə elektomaqnit şüaları buraxılarkən və udularkən fasiləsiz deyil, porsiyalarla buraxılır və udulur. Bu enerji payları kvantlar adlanır. Kvant sistemlərinin enerjisində də əmələ gələn dəyişmələr diskret xarakterlidir. Əksərən atom sistemlərinin enerjisi arasıkəsilmədən deyil, müəyyən qiymətlər alaraq dəyişir.

Lazer fizikasının əsas məsələsi atom sistemlərinin elektromaqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsirini öyrənməkdir. Bu məsələni nəzəri olaraq həll etmək üçün müxtəlif üsullar mövcuddur. Bunlardan ən sadəsi yuxarıda qeyd etdiyimiz ehtimal üsuludur. Ancaq ehtimal üsulu zərrəciklərin balansına əsaslanıb və tətbiq olunma sahəsi məhduddur. Doğrudan da bu üsul kvant proseslərinin enerji tərəfini kifayət qədər izah edir və riyazi cəhətdən sadədir. Proseslərdə dalğanın fazası ilə əlaqədar xüsusiyyətlər isə balans tənliklərində nəzərə alınmır. Buna görə də bir çox məsələlərin həlli daha dəqiq üsulla aparılır. Bu yarımklassik üsul adlanır. Yarımklassik üsulda atom kvant mexanikası qanunları ilə elektromaqnit sahəsi isə klassik olaraq təsvir edilir.

Kimyəvi lazerlərdə inversiya kimyəvi reaksiya zamanı yaranır. Kimyəvi lazer kimyəvi enerjini birbaşa koherent şüalanma enerjisinə çevirir. Lazerlərdə əvvəlcə doldurma enerjisini lazerin işçi mühitinə daxil etməli və sonra isə onu işçi mühitdən koherent şüalanma şəklində almaq lazımdır. Enerjinin çox miqdarda daxil edilməsi asan deyildir. Kimyəvi lazerdə bu başqa cürdür: kimyəvi qarışıqda lazımi qədər enerji artığı vardır. Yalnız koherent şüalanma şəklinə çevrilməsi üçün effektli üsul tapmaq lazımdır. Vahid çəkisinə görə kimyəvi qarışığın enerjisi elektrik və ya maqnit yığıcılarının enerjisindən qat –qat çoxdur. Kimyəvi reaksiyalar prosesində ayrılan enerjinin ən təbii akkumulyatoru molekulların rəqsi sərbəstlik dərəcəsidir. Buna görə də kimyəvi lazerlərin əksərində rəqsi səviyyələr arasındakı keçidlərdən istifadə olunur

Metal buxardakı lazerlər geniş yayılmışdır, məsələn, helium-kadmium lazeri, onun təsir prinsipi enerjinin heliumun həyəcanlanmış metastabil atomundan kadmium atomuna toqquşaraq keçməsinə əsaslanır, onun ionlaşması və ionun həyəcanlanması ilə müşayət olunur. Belə lazer xəttinin Dopler eni cəmi 1 QHs təşkil edir, yalnız bir 114Cd izotop cütlüyünün tətbiqi generasiyanın çox dar xəttini 30.2 / C smverir. Spektrin göy (441,6 nm) və ultrabənövşəyi (325,0 nm) oblastlarında birmodlu rejim də mümkündür. Bunlardan ən çox yayılmış Cd və Se –dir. Cd lazerinə olan maraq onunla əlaqədardır ki, bu lazer etibarlı, həyacanlaşmanın aşağı həddinə malik olan göy və UB spektrdə (  =441.6 mkm və 325 nm uyğun olan) fasiləsiz koherent işıq mənbəyidir. Qeyd edək ki, burada ən qısa dalğalı fasiləsiz rejimdə işləyən lazer yaradılıb. Belə lazerdə çıxış gücü 10mVt olanda qida mənbəyi 100Vt –a bərabər olmalıdır. Bundan başqa burada su soyuducusundan istifadə olunmur. Bu da təcrübəni asanlaşdırır. He –Cd lazer şüalanması yüksək dərəcədə monoxromatikliyi ilə səciyyələnir.