|
UZLUKSIZ ISHLOVCHI GELIY-NEON LAZERI
|
| bet | 6/12 | | Sana | 28.12.2023 | | Hajmi | 357,75 Kb. | | #128753 |
Bog'liq lazer1.2 UZLUKSIZ ISHLOVCHI GELIY-NEON LAZERI
Geliy-neon lazeri gazli lazerlar majmuasiga kiradi. Geliy-neon gaz aralashmasi to’ldirilgan gazorazryadli nay lazerning asosiy qismi bo’lib xizmat qiladi (1.2.2-rasm).Gazli razryad nayining ichki diametri bir necha mm dan 1 sm gacha, uzunligi esa bir necha sm dan bir necha metrgacha bo’lishi mumkin. Faol muhit sifatida neon gazi olinib, yordamchi gaz sifatida unga geliy gazi qo’shiladi va ularning nisbati taxminan 1:7 munosabat olinib, gaz razryad nayi kerakli bosimlarda (1,3 mm sm. ust. teng bosimlarda) to’ldiriladi. Razryad nayining ichida yoki tashqarisida 1.2.2-rasmda ko’rsatilgandek tsilindrik yoki tasmali elektrodlar joylashtiriladi va ular mos holda doimiy tokli yoki ko’ndalang yuqori chastotali razryad hosil qilishi uchun xizmat qiladi.
Geliy va neon aralashmali muhitdagi jarayonni tahlil qilish uchun, geliy va neon atomlarining elektron energetik sathlari diagrammasidan foydalanamiz. (1.2.1-rasm).
Geliy yordamchi gaz bo’lib, ikkinchi tur to’qnashishlar yordamida neon ishchi energetik sathlarini neon atomlari bilan to’ldirishga yordamlashadi. Geliy atomlarining o’zi erkin elektronlar bilan to’qnashganda yuqori energetik sathlarga chiqadi. Geliy atomining bu yuqori sathlardagi yashash vaqti 10-3 s va bu sathlar energiyasi neon atomining 2S va 3S sathlarining energiyalariga yaqin. Bu holda yuqori energetik sathdagi geliy atomlari pastki sathda joylashgan neon atomlari bilan noelastik (rezonans) to’qnashib uni yuqorigi 2S va 3S ishchi sathlarga chiqaradi. Geliy atomi 2S sathi va neon atomini 3S sathi energiyalarining farqi 300 sm-1 tartibida bo’ladi. Bu xona temperaturasidagi kT ning qiymatidan bir muncha katta bo’lishiga qaramasdan geliy atomidan neon atomiga energiya uzatish jarayonining intensivligi kuchli kechadi. Shunday qilib, aytish mumkinki, g’alayonlantirilgan geliy atomlari yordamida neon atomlarini g’alayonlantirish uchun, energiya zarralarning o’zaro rezonans to’qnashishi yo’li bilan uzatilar ekan. Tanlash qoidalariga asosan zarralarga S-sathdan p-sathlarga o’tishga ruxsat berilgan.
1.2.1-rasm. Geliy-neon lazeri konstruktsiyasining chizmasi.
1-razryad nayi,2-Bryuster burchagi ostida qo’yilgan shisha
qoplamalar, 3-doimiy tokli razryad olish uchun
o’rnatilgan elektrodlar, 4-razryad nayining ustki ikki
yuzasida uning uzunligi bo’ylab qo’yilgan metall (mis) elektrodlar, 5-yuqorichastota generatori, 6-optik
Rezonator ko’zgulari.
O’tishlarida invers bandlik hosil bo’ladi va lazerning to’rt energetik sathli tuzilishdagi ishlash tamoyiliga mos keladi. Bu jarayon yordamida invers bandlik hosil qilish asosiy hisob-lanishidan tashqari neon atomlari elektronlar bilan to’qnashishda ham g’alayonlantirilgan sathlarga o’tkazilib, invers bandlik hosil qilinishi mumkin. Doimiy tokli razryadli holda razryad tokining katta qiymatlarida neon atomining 1S sathi elektron-neon to’qnashuvi natijasida to’ldiriladi. Shu holda 2p va 3p sathlarning 1S sathdagi neon atomlari bilan zinapoya usulida to’ldirilishi asosiy bo’lib qoladi. Bu hol invers bandlikning kamayishiga hamda generatsiyaning yo’qolishiga olib keladi.
Bu holda neon atomining nurlanishi 2S2p va 3S3P sathlardagi o’tishlariga to’g’ri keladi. Bu jarayonlarni quyidagi
e Ne (1S) Ne (2p) ye
e Ne (2S) Ne (3p) ye (1.2.11)
ifodalar ko’rinishida belgilash mumkin.
Tarixan, birinchi bo’lib, 2S2p energetik o’tishlarida lazer generatsiyasi olingan. Hozirgi paytda, sanoatda ishlab chiqilgan lazerlarda uch xil o’tishlarda generatsiya olingan bo’lib, ularda generatsiya olish shart-sharoitlari taxminan bir xil (gaz aralashmasi bosimi, razryad tokining qiymati) va nurlanish quvvatining razryad parametrlariga bog’liqligi ham bir xil. bo’ladi. Yuqorida ko’rsatilgan o’tishlarda kuchaytirish quyidagicha bo’ladi:
1 3,39 mkm ..........................20 dbm-gacha
2 1,15 mkm ........................ 10-12 % bir metrda
3 0,63 mkm .......................... 4-6 % bir metrda
1.2.2-rasm. Geliy va neon atomlarining elektron energetik
S2thlari diagrammalari. Rasmda quyidagi a) 1 3,39
mkm, b) 2 0,63 mkm, s) 3 1,15 mkm. generatsion
o’tishlar ko’rsatilgan.
Geliy Neon
To’lqin uzunligi 1 3,39 mkm nurlanish berish imkoniyatiga ega bo’lgan energetik sath neon atomlari bilan tez va oson to’ldiriladi. Lazer generatsiyasi bu holda gaz razryadining parametrlari keng o’zgarish oralig’ida ro’y beradi. To’lqin uzunligi 0,63 mkm nurlanish generatsiyasini olish murakkabroq, lekin bu nurlanish elektromagnit to’lqin diapozonining ko’zga ko’rinadigan diapazonida bo’lgani va foto qabulqilgich qurilmasining eng katta sezgirlik sohasida yotgani uchun neon lazerlari ko’p ishlab chiqariladi va xalq xo’jaligining turli sohalarida ishlatiladi. Nurlanish chizig’i enining kengligini quyidagi uch jarayon belgilay-di.
1. To’qnashuvlar. Geliy-neon lazerlaridagi gaz aralash-masining bosimi P66 Pa va temperaturasi xona temperaturasiga teng bo’lganda zarralarning to’qnashish davri 00,510-6 s bo’lib, nurlanish chizig’i enining kengligi
t 0,64 MGts (1.2.12)
bo’ladi.
2. Tabiy kengayish. Bu holda nurlanish chizig’i enining kengayishi zarraning spontan nurlanishiga bog’liq bo’lib, uning kengligi
tab 19 MGts (1.2.13)
bo’ladi.
Bu yerda cn-1 s-1 p-1
s, r elektronning mos ravishda S va P sathlarda yashash vaqtlari.
3. Dopler kengayishi. Zarralarning issiqlik harakatidagi tezliklari bilan bog’liq bo’lgan nurlanish chizig’i enining kengayishi Kelvin shkalasi bo’yicha 300K uchun mos ravishda:
d 1700 MGts ( 1 0,63 mkm);
d 800 MGts (2 1,15 mkm); (1.2.14)
d 300 Mgts (3 3,39 mkm).
Shunday qilib, geliy-neon lazeri nurlanishi uchun Doppler kengayishi asosiy kengayish bo’ladi.
Geliy-neon lazerida invers bandlikning hosil bo’lishi va uning relaksatsiyasi (ya’ni buzilishi) murakkab jarayon bo’lgani uchun optimal ishchi parametrlarga ega bo’ladi:
1. Neon gazining optimal (13 Pa) bosimi va geliy atomlari konsentratsiyasining neon atomlari konsentratsiyasiga nisbati:
Geliy atomlari konsentratsiyasi neon atomlari kontsentra-tsiyasidan ko’p bo’lishi kerak. Tajribalardan topilgan optimal nisbat razryad nayi diametriga bog’liq bo’lib, lazer nurlanishining quvvati maksimal bo’lishi uchun 5:1 dan 10:1 nisbatgacha bo’ladi. Katta qiymatli nisbatlar kichik diametrli razryad nayiga mansub. Neon gazining optimal bosimi bo’lishi, gaz konsentratsiyasining ortishi natijasida neon atomining pastki energetik sathlarini zinopoya usulida to’ldirilishi sabab bo’lishi mumkin.
2. Razryad nayining optimal diametri. Razryad nayining devorlarida neon atomi 1S sathdagi energiyasini berib asosiy sathga tushadi va shuning uchun razryad nayining diametrini kichraytirish zarur. Boshqa tomondan razryad nayining diametrini kichraytirish nurlanish tarqalishida difraktsion yo’qotishlarning ortib ketishiga olib keladi. Shuning uchun tajribada razryad nayining diametri gaz bosimiga qarab 1-5 mm atrofida olinadi.
Tajribalardan geliy-neon lazeri uchun quyidagi
Rd const
“o’xshashlik" qonuni topilgan. Bu yerda R– gaz aralashmasining yig’indi bosimi; d –nayining diametri. O’xshashlik qonunining ma’nosi shundan iboratki turli diametrli razryad nayi uchun gaz aralashmasining shunday bosimini olish mumkinki, bu holda lazer nurlanishining solishtirma xarakteristikalari bir xil bo’ladi.
Tajribalar natijasida gaz aralashmasi bosimini razryad nayi diametriga bo’lgan ko’paytmasining optimal qiymati, geliy-neon lazerlarida 0,44-0,53 mPa oralig’ida bo’lishi topilgan.
3. Razryad tokining optimal zichligi. Razryad toki zichligining optimallashtirishning sababi, bu neon atomining pastki energetik sathlarini elektronlar bilan to’ldirilishidir. Bu jarayon invers bandlikni pasayishiga va natijada generatsiyaning yo’qolishiga olib keladi. Lazer nurlanishining quvvati razryad tokining kichik qiymatlarida unga chiziqli ravishda bog’langan, tokining ma’lum bir qiymatida nurlanish quvvati maksimumga erishadi, so’ngra razryad toki qiymati oshishi bilan pasayib ketadi. Sanoatda ishlab chiqilgan geliy-neon lazerlarda razryad nayining uzunligiga qarab, elektr tokining optimal qiymati 5-50 mA atrofida bo’ladi.
To’lqin uzunliklari 0,63 va 3,39 mkm bo’lgan nurlanishli o’tishlar uchun 3S yuqorigi ishchi sath bo’lsa, to’lqin uzunliklari 0,63 va 1,15 mkm bo’lgan nurlanishli o’tishlar uchun 2p umumiy pastki sath bo’lib xizmat qiladi. Bir vaqtning o’zida bu juft nurlanishlarining ro’y berishi neon atomlarining energetik sathlarda taqsimotining buzilishiga olib keladi va invers bandlikni kamaytiradi. Bu hodisa o’tishlarning konkurentsiyasi deyiladi. Amaliyotda bularni yo’qotish uchun quyidagi usullar ishlatiladi:
1.Energetik sathlarning magnit maydon ta’sirida ajralishi (Zeyeman effekti). Har bir spektral chiziq ikkilanadi. Ajralgan komponentalar qarama-qarshi yo’nalishli doiraviy qutblanishga ega. To’lqin uzunligi 3,39 mkm bo’lgan nurlanish uchun sathlarning ajralishi katta bo’lsa, 0,63 mkm to’lqin uzunlikli nurlanish uchun kichik bo’ladi. Shuning uchun 3,39 mkm nurlanish Bryuster burchagi ostidagi qo’yilgan shisha oynalarda ko’proq yutiladi va to’lqin uzunlikda generatsiya bo’lmaydi;
2. Optik rezonatorlarni tayyorlashda 3,39 mkm to’lqin uzunlikdagi nurlanishni ko’proq yutuvchi moddalardan (S–52–2; LK–4 va shunga o’xshash shishalardan) yasaladi;
3. Optik rezonator ichida 3,39 mkm to’lqin uzunlikli nurlanishni ko’proq yutuvchi metal gazi to’ldirilgan g’ovak idish joylashtiriladi.
|
| |
