Yorug’likning kombinatsion sochilishi. Reley qonuniga asosan, sochilgan yorug’likda energiya taqsimoti birlamchi yorug’likdagi taqsimotdan spektrning qisqa to’lqinli qismida energiya qiyosan ortiq bo’lishi bilan farq qiladi. Biroq, Raman, Landsberg va Mandelshtamm (1928 y.) larning sinchiklab o’tkazgan tajribalari sochilgan yorug’lik spektrida tushayotgan yorug’likni xarakterlovchi chiziqlardan tashqari qo’shimcha chiziqlar bo’lishini ko’rsatdi, ular tushayotgan yorug’likning har bir chizig’i yonida turadi. Bu hodisaning quyidagi qonunlari tajribalardan topilgan:
Yo’ldoshlar tushayotgan yorug’likning har bir chizig’i yonida bo’ladi.
Uyg’otuvchi yorug’lik spektral chizig’ining chastotasi bilan yo’ldoshlardan har
biri chiziqlarining chastotalari orasidagi farq sochuvchi modda uchun xarakterli bo’lib, uning molekulalarining xususiy tebranishlari chastotalariga teng.
Yo’ldoshlar tushuvchi chiziqdan ikki tomonda simmetrik yotuvchi ikki tizimdan iborat.
Temperatura ko’tarilganda “binafsha” yo’ldoshlarning intensivligi keskin oshadi.
Bu vaqtda sochilgan yorug’lik chastotasi tushayotgan yorug’lik bilan molekulalar ichida bo’ladigan tebranishlar chastotasining kombinatsiyasidan tarkib topadi. Shuning uchun bunday sochilishga kombinatsion sochilish deyiladi.
Kombinatsion sochilish usuli moddaning molekulyar tuzilishini tadqiq etishning muhim usuli hisoblanadi. Molekula tebranishlarining xususiy chastotalari bu usul yordamida osongina aniqlanadi, bu usul molekula simmetriyasining xarakter quvvatning yuqori darajadaligi termik texnologik jarayonlarda lazer nurini (unikal) yuqori darajadagi takomillashgan qurilmaga aylantiradi.
8.3 Lazer texnikasi tadqiqot usullari. Sensorlar.
Lazer nuri uzluksiz doimiy amplitudali, impulsli va yuqori quvvatga ega bo’lishi mumkin. Ko’pgina qurilmalarda lazerdan boshqa manba orqali nurlanishni kuchaytirgich sifatida foydalaniladi. Kuchaytirilgan signal boshlang’ich signal bilan to`lqin uzunligi, fazasi va qutblanishi bilan mos keladi. Bu optik qurilmalarda juda muhim hisoblanadi. Yorug’likning oddiy manbalari nurni turli yo’nalishlarda keng diapazon bo’ylab sochadi.
Bundan tashqari lazer bo’lmagan manbalarning nurlanishi odatda muhim qutblanishga ega bo’lmaydi. Aksincha, lazer nurlanishi monoxromatik va kogerent bo`lib, doimiy to’lqin uzunligi va aniq fazaga shuningdek ma’lum qutblanishga ega. Kogerent bo’lmagan manbalardagiga qarama-qarshi ravishda kvant generatorning bir-biridan mikroskopik masofalarda bo’lgan qismlaridan chiqayotgan elektromagnetik to’lqinlar o’zaro kogerent bo’ladi. Bu jihatdan kvant generatorlari kogerent radioto’lqinlari manbalariga o’xshash bo’ladi.
Nurlanishning kogerentligi optik kvant generatorlarining qariyb hamma xususiyatlarida ko’rinadi. Nurlanishning to’la energiyasi bundan istisno bo’ladi, chunki bu energiya kogerent bo’lmagan manbalardagi kabi dastavval uzatilayotgan energiyaga bog’liq bo’ladi. Lazerlarning nurlanishi kogerentligi bilan bog’langan ajoyib xususiyati shundan iboratki, energiya vaqt davomida, spektrda, fazoda tarqalish yo’nalishlari bo’yicha konsentratsiyalanadi. Ba’zi kvant generatorlarining nurlanishi yuqori darajada monoxromatik bo’ladi. Boshqa lazerlar davom etish vaqti 10-12 s ga teng bo’lgan juda qisqa impulslar chiqaradi, shuning uchun bunday nurlanishning oniy quvvati juda katta bo`lishi mumkin. Lazerlarning yaratilishi insoniyat ilmiy-texnik taraqqiyotining ulkan yutuqlaridan biri desa bo’ladi. Lazerlar yaratilishining boshlanishi 1916-yilga borib taqaladi. O’sha yili buyuk fizik olim A.Eynshteyn birinchi bo’lib, majburiy nurlanish tushunchasini kiritdi va nazariy yo’l bilan majburiy nurlanish uni majburlovchi nurlanishga kogerentligini (mosligini) ko’rsatadi. 1930-yilda P.Dirak o’zi tomonidan yaratilgan nurlanishning kvantomexanik nazariyasi asosida majburiy nurlanish va uning kogerentlik xususiyatlarini chuqurroq va aniqroq taxlil qilib, tushuntirib berdi. Lekin bu lazerning yaratilishi uchun yetarli emas edi. 1930- yildan boshlab optik spektroskopiya sohasida ko’plab ilmiy-tadqiqot ishlari
boshlanib ketdi.
Bu izlanishlar natijasida atomlar, molekulalar, ionlarning energetik sathlari haqida ko’plab ma’lumotlar olindi va keyinchalik turli lazerlarning yaratilishida ishlatildi. Bu ishlarga S.Y.Frish va V.A.Fabrikant kabi Rossiya olimlari ham o’z hissalarini qo’shishdi. 1939 yilda V.A.Fabrikant birinchi bo’lib, yorug’lik nurining majburiy nurlanish hisobiga kuchayishining imkoniyati borligini aytdi. 1951- yilning yozida, u o’zining xodimlari bilan majburiy nurlanish yordamida elektromagnit nurlanishni (ultrabinafsha, ko’rinuvchi, infraqizil va radioto’lqinlar sohasida) kuchaytirish uslubi uchun avtorlik guvohnomasini olishga taklif berishgan. Bu takliflarida lazerlarning faol muhitini yaratishning asosiy g’oyalari bayon etilgan edi. Lekin optik kuchaytirish g’oyalaridan tashqari, uni amalda
bajarish va nihoyat kogerent nurlarning hosil qilish uchun o’ziga xos teskari bog’lanishli optik rezonator bo’lishi kerak edi.
O’sha yillarda fanning optika bo’limida optik soha uchun rezonatorlar o’ylab topilmagan edi. Kvant elektronikasi yoki lazerlar fizikasining rivojlanishida radiofizikaning bo’limi bo’lgan radiospektroskopiya muhim omil bo’ldi. Uning keskin rivojlanishi 1940-yillardan boshlanib, ilmiy izlanishlar yo’nalishi atom va molekula spektroskopiyasidan tashqari vaqt va chastotaning, ya’ni o’ta yuqori chastota (O’YUCH) standartlarini yaratilishga bag’ishlangan edi. Bu ilmiy izlanishlar natijasida 1950-yillarning boshlarida bir-birlaridan mustaqil ravishda N.G.Basov, A.M.Proxorov (FIAN, Rossiya) va Ch.Tauns (AQSH, Kolumbiya universiteti) tomonidan majburiy nurlanish g’oyalaridan amalda foydalanib, ammiak molekulasida ishlovchi molekulyar kuchaytirgich va generator (Mazer) yaratildi.
Mazer (Maser - microwave amplification by stimulated emission of radiation) - ingliz so’zlaridagi bosh harflardan tashkil topgan va mazmuni mikroto’lqinni majburiy nurlanish hisobiga kuchaytirishdir. Shu ishlari uchun ular 1964-yili Nobel mukofotining sovrindori bo’lishdi.
Kvant elektronikasining rivojlanishi elektromagnit to’lqinning yangi, infraqizil va ko’zga ko’rinuvchi sohalarida kogerent nurlanish olishga yo’naltirildi. Dunyoning ko’p ilmiy laboatoriyalarida lazerlar yaratish ustida ish boshlab yuborildi. Bu ishlarning rivojlanishida A.M.Proxorovning kvant qurilmalarida ochiq optik rezanotor sifatida Fabri-Pero (etaloni) interferometrini qo’llash g’oyasi hal qiluvchi omil bo’ldi. Boshqa tomondan lazerlarning ba’zi turlari, masalan ranglantirilgan aralashmali lazerlar yoki yarim xromatik qattiq jismli lazerlar chastotalarning bir qancha to’plamini keng spektral diapazonda boshqara oladi.
Lazerlar fanning ikki sohasi kvant mexanikasi va termodinamika hamkorligida yaratilgan. Lekin lazerlarning ko’pchilik turlari xatolar va urinishlar orqali yaratilgan. Dastlabki lazer 1960-yilda Teodor Meyman tomonidan
Malibudagi Hyuz kompaniyasining tadqiqotlar labaratoriyasida yaratilgan.
Meyman o’z ixtirosida 694 nanometr to’lqin uzunligida qizil nurlanish beruvchi rubindan yasalgan sterjendan foydalandi. Deyarli u bilan bir vaqtda eronlik fizik Ali Yovon gazli lazerni namoyish qildi. Keyinroq u o’z ixtirosi uchun Albert Eynshteyn nomidagi mukofotga sazovor bo’ldi.
Lazer ishlashining asosiy mohiyati, ishlovchi qismning uyg’otishi natijasida elektronlarning ko’chishi bilan bog’liq. Ishlovchi qism optik rezonatorga o’rnatiladi. Majburiy nurlantiruvchi mexanizm yordamida to’lqinlar aylanishi natijasida uning energiyasi eksponensial ravishda ortib boradi. Nurni kuchaytiradigan aktiv muhitning tipiga qarab lazerlar - qattiq jismli, gazli, yarimo’tkazgichli va suyuqlikli lazerlarga bo’linadi. Yanada aniqroq aytganda, lazerlarning turlarini sinflashda majburiy yig’ish usuli ham muhim rol o’ynaydi.
Insoniyat rivojlangan sari ming yillardan buyon biologik organizmlarda, jumladan, inson organizmida ishlayotgan tabiiy mexanizmlar ishlashini tushinishga va o’zlashtirishga harakat qilib keladi. Bunday intilishlar ba’zan odam va hayvonlar sezgi a’zolarini takrorlovchi. Elektron qurilmalar yaratishga olib keladi.
Ushbu qurilmalar, asosan, tashqi ta’sirga sezgir sensorlar (inglizcha “sense”
“sezish”) yoki datchiklar tashkil qiladi. Bunday qurilmalar hozir avtomabillarda, musiqa markazlarida, muzlatkichlarda va boshqa turmush asboblarida qo’llanilmoqda. Datchiklar qo’riqlash uskunalarida, seysmo - datchiklarda, o’t ketishining oldini olishda, tibbiyotda keng foydalaniladi.
Bugungi kunda ultratovush sensorlari juda shuhrat qozongan. Ishlash qonuniyati bo’yicha ular kichkina motorni eslatadi. Ular tarqatayotgan ultratovush to’lqinlari xonaning har qanday burchaklariga kirib boradi. Xona geometriyasidagi ozgina o’zgarish, masalan, biror kutilmagan mehmonning xonaga kirishi, darxol signal qurilmasini ishga soladi.
Infraqizil datchiklarning ishlash qonuniyatlari ham shunga o’xshash. O’zidan issiqlik nurlanishi chiqaruvchi obyektlar (masalan, odam yoki hayvon) datchikning ishlash zonasiga kirib qolsa, u signal beradi. Poyezoelektrik sensorlar
buyumlarga mexanik ta’sirni sezish uchun ishlatilib, seyflarni va muzey eksponatlarini qo’riqlashda ishlatiladi.
Bunday qurilmalar buyumdagi 1 mikrongacha bo’lgan siljishlarni seza oladi. Hozir juda ommalashgan gazli sensorlar yarimo’tkazgich membrana orqali o’tayotgan havo tarkibini analiz qilish orqali ishlaydi. Sensorga kirayotgan havo molekulalari o’lchagich elektrod yaqinida joylashgan elektrolit bilan reaksiyaga kirishadi. Reaksiya natijasida hosil bo’lgan elektr toki o’lchanib, atmosfera tarkibida u yoki bu modda borligi haqida xulosa chiqarish mumkin. Bunday qurilmalar gazlarning chiqib ketishi, atmosferada zaharli va portlovchi gazlar (masalan, vodorod) bor - yo’qligini aniqlash imkonini beradi.
Nanosensorlar - bu nanomasshtablardagi effektlarda ishlaydigan sezgir elementlardir. Bugungi kunda nanosensorlar murakkab qurilmalar holatini aniqlash, uy ro’zg’or texnikasi va biotibbiyotda keng qo’llanilmoqda. Nar yordamida faqat bir turdagi molekulalarni ajratuvchi nanoretseptor ishlashini ko’rib chiqamiz. Qanday qilib faqat markaziy kompyuter tanlagan molekulalarni ajratib oluvchi programmalashtirilgan nanoretseptor yaratish mumkin? Saralash qanchalik toza bo’ladi?
Bu savollarning barchasiga nanoretseptorlar va nanostrukturalarni matematik modellash yordamida javob topsa bo’ladi. Molekular saralovchi rotor (MSR) deb nomlangan mumtoz nanoretseptor Erik Dreksler tomonidan taklif qilingan. Unda har bir rotor ma’lum bir molekulalarga mo’ljallangan “uyachalarga” egadir. Turli xil molekulalar ichida turgan “uyacha” faqat taningan molekulani tutib qoladi va uni qurilma ichiga kirib ketguncha ushlab turadi. Bunday rotorlar 105 ta atomlardan tuzilgan bo’lib, 7xl4x14 nm o’lchamga va 10-21 kg massaga ega bo’ladi. Ular atomlar soni 20 tadan oshmagan molekulalarni 106 molekula/sek tezlik bilan va bir molekulaga l0-22 J energiya sarifida ishlashi mumkin. MSR l0-19 Vt energiya iste’mol qilgan holda 30000 atmosferagacha bosim hosil qilishi mumkin.
|
