Məcburi şüalanma

işləməsinə imkan verir. Matrisanın
tərkibinə çox az miqdarda, 0.005÷1% qədər aktivator
elementləri əlavə

olunur.
Nadir torpaq elementlərinin ionları əsasında OKG -lar
impuls və fasiləsiz rejimdə işləyirlər. İmpuls rejimində lazer
otaq temperaturunda işləyir. Optik dolma ksenon lampası ilə
həyata keçirilir. Dolma enerjisinin hədd qiyməti 1 C -dur.
İmpulsda ən yuksək enerji 1 kC neodim aşqarlı şüşə OKG
-da əldə edilmişdir.

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.

R. C. Qasımova, R.Ə. Kərəməliyev

.
3 səviyyəsinin ikilən-
miş quruluşuna uyğundur. Spektr maksimumları bənövşəyi və
yaşıl oblastlara düşən iki enli (
1000
~


Å) udulma zola-
ğından ibarətdir. Kristalın optik oxuna nisbətən düşən şüanın
iki mümkün orientasiyası olduğuna görə iki cür asılılıq vardır.
Optik dolma nəticəsində xrom ionları yaşıl və bənövşəyi
işıqları udaraq həyəcanlaşır və 3 səviyyələrinin ikisindən birinə
keçirlər. Bu səviyyələrdən qeyri –optik keçidlər nəticəsində
ionlar ikinci metastabil səviyyələrə yığılırlar.
21
32



(  –
parçalanma ehtimalıdır) bərabərsizliyi ödənildiyindən uyğun
optik doldurma olduqda 2 -ci səviyyədə hissəciklərin sayından
çox ola bilər. Bu da 2–1 keçidində inversiyaya və generasiyaya
səbəb olur.
Adi hallarda həyəcanlaşmış atomlar spontan şüalanma
yolu ilə (flüoressensiya) 1-ci səviyyəyə qayıdırlar. Məcburi
şüalanma olduqda isə vəziyyət tamamilə dəyişir. Spontan və
məcburi şüalanmanı əyani surətdə müqayisə etmək məqsədi ilə
aşağıdakı şəkilə nəzər salaq (Şək.6.4). Şəkildə flüoressensiya
və məcburi şüalanmanın spektrləri göstərilir. Birinci halda

61
yaqut kristalını monoxromatik istiqamətlənmiş şüalanma ilə
işıqlandıraq. Misal üçün




(yaşıl işıqla).

Şək. 6.4. Flüoressensiya və məcburi şüalanma spektrləri

Kristalın uzunluğu böyükdürsə (~sm), onda işıq bütöv-
lükdə udulur və flüoressensiya baş verir. Bu spontan şüalanma
həyəcanlaşdıran işıqdan fərqli olaraq nə monoxromatik, nə də
istiqamətlənmiş deyil. İkinci halda həmin yaqut kristalını optik
rezonator daxilinə yerləşdirək. Kristalı spektri İQ -dan UB -dək
olan impuls lampası ilə işıqlandıraq. Lampa yaqutu hər tərəf-
dən işıqlandırır. İnversiyanın və generasiyanın hədd şərtləri
varsa, onda yüksək spektral sıxlığa malik istiqamətlənmiş,
koherent şüa yaranır.
Yaqut OKG-da generasiya ikinci səviyyələrdən keçidlərə
uyğun olaraq iki xətdə baş verir, onları
1
R və
2
R ilə işarə
edirlər. İş prosesində yaqut kristalı qızır, bu da kristalın tempe-
raturunun artmasına gətirir. Nəticədə temperatur əsas ion
səviyyəsinin qəfəsdaxili parçalanma xüsusiyyətini dəyişdiyinə
görə,
1
R və
2
R –nin dalğa uzunluqları temperaturdan asılıdırlar.
)
(
krist
gen
T

–asılılığı bərk cisimli OKG üçün səciyyəvidir.
Yaqut kristalını soyudanda
2
,
1
R
spektral xətləri kəskin
ensizləşir.

62
Yaqut lazeri həm fasiləsiz, həm də impuls rejimində
işləyə bilər.

Yaqut OKG-nun quruluşu ilə tanış olaq. Uzunluğu
təxminən 5÷20

sm, diametri isə 5÷15

mm qədər olan yaqut
çubuğundan istifadə olunur. Onun oturacaqları güzgü rolunu
oynayır və bu məqsədlə bir –birinə paralel olur. Çubuğu spiral
formasında düzəldilən güclü lampanın oxu üzərində yerləşdirir-
lər. Bu koherent olmayan lampanın vasitəsilə yaqut lazerində
doldurma prosesi aparılır. Kondensatorlar batareyasının boşal-
ması zamanı orada toplanan elektrik enerjisi lampadan buraxı-
lır. Lampada qazı qabaqcadan ionlaşdıran elektroda yüksəkgər-
ginli

verməklə qazboşalması alınır.

san müddətində işıqlanma baş verir. Bu da yaqut kristalında
inversiya yaradır.
İmpuls rejimində impulsun davametmə müddətinin tipik
qiyməti 10
-3
saniyədir, impulsda buraxdığı enerji güclü yaqut
OKG üçün 10 couldur. Doldurma enerjisinin hədd qiyməti
lazım olan lampa seçildikdə doldurma sisteminin quruluşu ilə
yanaşı kristalın həcmin dən və temperaturundan asılıdır.
Doldurma enerjisinin
hədd qiyməti 100

C
olmaqla onun artması
ilə
lazer
şüasının
impulsunda buraxdığı
enerji
də
böyüyür.
İmpulsun davametmə
müddəti
10
msan
olduqda,
impulsda
buraxılan
orta güc
kVt
1
-dır.
Şəkil 6.5. Yaqut lazerinin quruluşu

Fasiləsiz rejimdə kiçik ölçülü kristal işlənir (2). Lazerin
güzgüləri (1) və (6), impuls lampası isə (4) və çıxış şüası (5) ilə
işarə olunub. Buna baxmayaraq yaqut çubuğu xeyli qızır.

63
Kristal qızmasın deyə soyuducu sistemdən (3) istifadə olunur.
Hətta kiçik ölçülü kristallar üçün doldurma gücünün hədd
qiyməti
Vt
3
10
, generasiya gücü isə
mVt
2
10
-dır. Buradan f.i.ə.
2
10

alınır.

6.3. Neodim lazeri

Bərk cisimli OKG -da inversiya dörd səviyyəli sxem üzrə
yaranaraq kiçik doldurma həddinə gətirib çıxarır. Nadir torpaq
aktivator ionuna xarici sahələrin təsiri yaqutdakından daha çox
kiçikdir, buna görə də burada elektron səviyyələri arasındakı
keçidlər istifadə olunur. Neodim
ionunun enerji səviyyələrinə
baxaq (Şək. 6.6). Şəkildə gene-
rasiya keçidi yuxarı
4
F və aşağı
4
I
səviyyələri
arasında
(
mkm
06
,
1


) baş verir.
İşçi keçidə uyğun olan


materialın temperaturundan və
matrisanın növündən az asılıdır.
Adətən aşağı işçi səviyyənin
enerjisi kT – dən xeyli çoxdur.
Şək.6.6. Neodim ionunun enerji

Bu da lazerin soyuducu sistemsiz
səviyyələri

işləməsinə imkan verir. Matrisanın
tərkibinə çox az miqdarda, 0.005÷1% qədər aktivator
elementləri əlavə

olunur.
Nadir torpaq elementlərinin ionları əsasında OKG -lar
impuls və fasiləsiz rejimdə işləyirlər. İmpuls rejimində lazer
otaq temperaturunda işləyir. Optik dolma ksenon lampası ilə
həyata keçirilir. Dolma enerjisinin hədd qiyməti 1 C -dur.
İmpulsda ən yuksək enerji 1 kC neodim aşqarlı şüşə OKG
-da əldə edilmişdir.

64
Fəal mühit nazik şüşə çubuqdan ibarətdir. Çubuğun
uzunluğu 80 sm-ə qədər, diametri isə bir neçə sm (20÷30

mm)
ola bilər.
Nadir torpaq ionlarla olan bərk cisimli OKG-run f.i.ə.
0,1%-dir.
Fasiləsiz rejimdə işləməsi üçün fəal mühitin ölçüsü kiçik
olmalıdır. Hətta o zaman optik dolma enerjisinin hədd qiyməti
1kVt -a yaxın olur. Fasiləsiz rejimdə istiliyə davamsız olduğun
dan şüşə matrisadan istifadə etmək əlverişli deyil. Bu səbəbdən
kristaldan istifadə olunur.
Optik dolmanın effektliyini yüksəltmək, dolma lampası-
nın hədd gücünü aşağı salmaq üçün fəal mühitin matrisasına
Cr
3
+

ionları əlavə olunur. Adətən nadir torpaqlı elementlərin
udulma zolaqları Cr
3
+

ionların zolaqlarına nisbətən ensizdir.
Optik dolma spektri bütöv olduğuna görə ensiz spektral xətlər
daha kiçik dolma effekti verir. Cr
3
+
ionlarının əlavə edilməsi
udulma zolaqlarını genişləndirir.
Fəal mühitdə həyəcanlaşmış Cr
3
+

ionları öz enerjisini
aktivator ionlarına ötürürlər. Nəticədə bütün udulan enerjidən
istifadə olunur. Bu bir tərəfdən dolmanın effektliyini çoxaldır,
o biri tərəfdən generasiyanın hədd qiymətini azaldır.
Həyəcanlaşma enerjisinin ötürülmə prosesinin inersiyası
nəticəsində generasiyanın hədd qiymətinin azalması yalnız
fasiləsiz rejimdə baş verir. İmpuls lampasının spektri xrom
ionlarının zolaqlarına uyğun gəldiyindən həmin proses bu
halda daha kəskin aşkar olur.

6.4. Neytral atomlar əsasında qaz lazerləri

Hal-hazırda qaz və qaz qarışıqlarında dalğalarının
uzunluğu 0,1

mm-ə kimi və daha çox olan 1000-
dən çox müxtəlif keçidlərdə generasiya alınmışdır. Yalnız qaz
lazerləri belə geniş diapazonda şəffaf ola bilər. Qaz, aktiv
mühit kimi, yüksək optik bircinsliyə malikdir. Aktiv hissəciklər
arasındakı qarşılıqlı əlaqə zəif olduğundan qazlarda enerji

65
səviyyələrinin genişlənməsi kiçikdir, şüalanmanın spektral
xətləri isə dardır
.
Buna görə də qaz lazerləri ilə generasiya
olunan şüalanma lazerlərin digər tipləri ilə müqayisədə daha
yüksək keyfiyyətə malikdir: istiqamətlənmə diaqramı dardır və
rezonatorun xassələri ilə təyin olunur; şüalanma bir və ya bir
neçə modada toplanmışdır və birtezlikli iş rejimi kifayət qədər
sadə realizə olunur. Digər tərəfdən, spektral xətlər qaz
lazerlərində işığın çox qısa impulslarını almağa imkan vermir
və dəyişən tezlikli iş rejimini təmini mümkün deyil. Bu, yüksək
təzyiqli qaz lazerlərinə aid deyildir. Qaz mühitlərində çoxlu
sayda proseslər vardır, onlar hissəciklər arasında enerji müba-
diləsinə səbəb olur. Bu, aktiv hissəciklərin işçi lazer səviyyələri
arasındakı inversiyanın yaranması üçün doldurmanın müxtəlif
üsullarını həyata keçirməyə imkan verir.
Doldurma üsullarına görə qaz lazerlərini qazboşalması,
qazodinamiki və kimyəvi tiplərə bölürlər. Prinsipcə, qaz lazer-
lərində optik doldurma da istifadə oluna bilər, lakin onun reali-
zasiyası üçün dar spektral intervalda şüalanma mənbəyinin
olması vacibdir, bu interval aktiv qazın udulma spektri ilə üst-
üstə düşməlidir. Buna görə də qaz lazerlərində optik doldurma
effektiv deyildir. Qazboşalma lazerlər daha geniş yayılmağa
başladı, onları da öz növbəsində üç qrupa bölürlər: atomar, ion
və molekulyar.
Qaz boşalması bilavasitə aktiv mühitin özündə yarandığı
kimi, elə iş sxemləri mümkündür ki, bu zaman boşalma
köməkçi qazın köməyi ilə da baş verir, sonra isə köməkçi qazın
atomları işçi həcmdə öz enerjilərini işçi qazın atomlarına
ötürürlər. Qaz boşalmalarının müxtəlif növləri istifadə olunur:
sərbəst və sərbəst olmayan, impulslu və stasionar, közərən,
yüksək tezlikli boşalma və sabit cərəyandakı boşalma. Sərbəst
olmayan boşalma zamanı qazın ionlaşması xarici təsirin
nəticəsində baş verir, lakin həyəcanlaşma prosesi qazboşalma-
dakı elektrik sahəsinin optimal gərginliyi zamanı deşilmə
şəraitindən asılı olmayaraq baş verir. Belə boşalmanı işçi

66
həcmdə qazın böyük təzyiqi zamanı tətbiq etmək lazımdır, bu
halda sərbəst qaz boşalmasını yandırmaq çətin olur. İmpulslu
boşalma üçün cərəyan impulslarının

cəbhəsinin kəskin dəyişil-
məsi kimi, onlar arasındakı zaman intervalı da əhəmiyyətlidir.

Bu halda inversiya ya cəbhədə, ya da cərəyan impulsunun
düşməsində yaranır, inversiyanın yaranma proseslərinin özləri
isə stasionar olmayan plazmanın xassələri ilə əlaqəlidir.

Əks
halda, cərəyan impulsunun artması zamanı hər bir vaxt inter-
valında plazmada stasionar (dəqiq desək -kvazistasionar)
vəziyyət yarana bilir. Belə boşalma kvazistasionar adlanır.
Kəsilməz və ya kvazikəsilməz təsirli qaz lazerlərinin həyəcan-
lanması üçün tətbiq edilən stasionar boşalma qövsi və közərən
adlanan iki növə ayrılır.
Qövsi boşalma üçün cərəyanın böyük sıxlığı, qazın
yüksək effektiv temperaturu, boşalmanın parlaq ipliyi xarakte-
rikdir. Közərən boşalma üçün, əksinə, cərəyanın çox da böyük
olmayan sıxlığı, qazın təxminən ətraf mühitin temperaturuna
bərabər olan aşağı temperaturu və ionlaşmanın zəif dərəcəsi
xarakterikdir.
Qaz lazerləri geniş spektral diapazonda aktiv mühitin
şəffaflığı və onun yüksək bircinsliliyi ilə fərqlənirlər ki, bu da
şüalanmanın monoxromatikliyini təmin edir. Qaz lazerlərində
inversiya, əsasən, qaz boşalması ilə, həmçinin kimyəvi, qazo-
dinamiki, elektron -şüalı həyəcanlanma ilə və ya optik
doldurma ilə yaradılır
.
Qaz mühitində inversiyanın üstünlüyü
qazlardakı relaksasiya proseslərin yavaş getməsi ilə

güclü
surətdə yüngülləşir, bundan başqa, qazlarda qeyri –elastiki
toqquşma zamanı həyəcanlanmış molekullardan digərlərinə
enerji ötürülməsi mümkündür. Bu, aktiv mühitdə həyəcanlaşma
enerjisinin toplanma funksiyasını və enerjinin lazım olan
tezlikldə sonrakı şüalanma funksiyasını ayırmağa imkan verir.
Çoxsaylı qaz lazerlərinin tipik nümayəndəsi helium –
neon (He- Ne) lazeridir. Bu lazerlər fasiləsiz rejimdə işləyir və
çıxışında şüalanma gücü 0.1

vatta çatır. Lazerdə Ne -nun 3

67
şüalanan keçidləri mümkündür.

dB/m olan keçid daha effektivdir, sadə metal
güzgüləri tətbiq etməklə onda generasiya əldə olunur.
Dalğasının uzunluğu 0,63 mkm olan keçid həmin yuxarı

səviyyədən baş verir və 5 %/m gücə malikdir.

Bu generasiya
yalnız xüsusi çoxlaylı interferension güzgüləri tətbiq etməklə
mümkündür, belə güzgülər verilmiş tezlikdə əks etmənin
yüksək əmsalına malikdirlər. Dalğasının uzunluğu 1,15 mkm
olan keçidə 20 %/m gücə uyğundur, generasiya isə dielektrik
güzgülərdə mümkündür.

Generasiya ilk dəfə dalğa uzunluğu
15
,
1


mkm olan
keçiddə alınmışdır. Digər üç keçid 0.63

mkm dalğa uzunluq-
larında baş verir. Helium –
neon qarışığı əsasında işləyən
lazerlə tanış olmaq üçün
gəlin fəal mühitdə gedən
həyəcanlaşma
proseslərini
təhlil edək. Bu məqsədlə
helium və neon atomlarının
enerji səviyyələrini gözdən
keçirək (Şək. 6.6). Qeyd edək
ki, burada işçi maddə neytral

neon atomlarıdır. Aşağıda göstə
Şək. 6.6. He və Ne atomlarının
rəcəyimiz kimi təmiz neon
enerji səviyyələri

qazında fasiləsiz rejimdə inversiyanı
yaratmaq asan məsələ deyil. Bu çətinliyə tez –tez rast gəlinir və
onu aradan qaldırmaq üçün boşalmaya daha bir qaz əlavə
olunur. Həmin qaz həyəcanlaşma enerjisi mənbəyi (donor)
rolunu oynayır. Bizim nəzərdən keçirdiyimiz halda bu helium
qazıdır.
Enerji çatışmamazlığı təxminən 35

meV-ə bərabərdir. Hər
bir elektron konfiqurasiyaya səviyyələr qrupu uyğundur, bu
səviyyələr qısa olaraq 2p və 3s ilə işarə olunur.

Qrupun hər biri

68
enerjinin azalması istiqamətində 1-dən 10-a kimi nömrələnmiş
10 səviyyədən ibarətdir. 5 vəziyyətlər arasındakı optik keçidlər
yolveriləndir (dəqiq desək, 40 mümkün kombinasiyadan 30-u
yolveriləndir). Bu, digər

nəcib qazlar – Ar, Xe və Kr üçün də
doğrudur. Böyük miqdarda heliumun neona əlavə olunması 2s
və 3s yuxarı işçi səviyyələrinin seleksiya yerləşməsini təmin
edir,

inversiyanı artırır və generasiyanın alınmasını əhəmiyyətli
dərəcədə asanlaşdırır. Bu keçidlərdə generasiyanı həyata keçir-
mək üçün selektiv güzgüləri rezonatorda tətbiq etmək lazımdır,
belə güzgülər verilmiş oblastda əksetmə əmsalının böyük
qiymətinə və bir –birinə zidd keçidlər oblastında böyük itkilərə
(azacıq əksetməyə) malikdirlər. Bu səbəbdən (He-Ne) lazerinin
işi qazboşalma borunun diametrindən

kəskin asılıdır və nəzərən
kiçikdir. 10

mm-dən böyük olan diametrə malik boruların
tətbiqinə imkan vermir.
Şəkildə He və Ne atomlarının enerji səviyyələri göstəri-
lib. He atomunun səviyyə sxeminə nisbətən Ne neonun sxemi
mürəkkəbdir. Bizi maraqlandıran heliumun iki
0
1
2 S və
1
3
2 S

sadə səviyyələri və neonun
P
3
,
S
1
,
S
2
,
S
3
və
P
2
səviyyələri
olacaqdır. Şəkildə qalın xətlə göstərilən Ne səviyyələri məlum
olduğu kimi sadə cırlaşmamış səviyyələrdən ibarətdir. Misal
üçün 2p səviyyəsi 10 sadə səviyyədən yaranıb. Bu fakt
səviyyələr arasında çoxsaylı keçidlərə gətirib çıxarır. Neonun
S
3 səviyyəsində yaşama müddəti qısadır və nəticədə atomlar
aşağı səviyyələrə keçərək bu səviyyəni tez tərk edir. Deməli,
neonun
S
3 səviyyəsində aşağı səviyyələrə nisbətən inversiya-
sının yaranması çətinləşir. He qazının köməyi ilə bu məsələ
həll olunur. He atomunun birinci iki həyəcanlaşmış metastabil
səviyyəsi demək olar ki, Ne neonun
S
3 və S
2 enerji səviy-
yələri ilə üst-üstə düşür. Buna görə də Ne və He atomları
arasında həyəcanlaşma enerjisinin rezonans ötürülməsi şərti
yaxşı ödənilir. He bufer qazı rolunu oynayaraq ikinci növlü
toqquşma hesabına neonun yalnız yuxarı işçi səviyyələrini
doldurur. He atomlarının özləri isə elektrik boşalmasının

69
köməyi ilə elektron zərbəsi zamanı həyəcanlaşırlar (He–Ne
lazerinin elektrik boşalmasında elektronların orta enerjisi
təqribən 7

eV bərabərdir). Qeyd edək ki, neonun aşağı işçi
səviyyələri borunun divarlarla toqquşması hesabına boşalır,
buna görə də qazboşalma borusunun eninə olan ölçüsünün
artırılması inversiyanı kəskin azaldır.
Elektrik boşalmasında sərbəst sürətli elektronlar yaranır
və qazın atom ya da molekulları ilə toqquşurlar. Nəticədə
qazboşalma lazerlərin işçi səviyyələrində inversiya yaranır.
Burada qazın təzyiqi
mm
1
01
,
0

civə sütunu intervalında
dəyişir. Təzyiqin
p
qiyməti göstərilən intervaldan kiçikdirsə
elektrik sahəsinin təsiri nəticəsində sürətləndirilmiş elektronlar
az sayda atomlarla toqquşurlar. Bu da atomların ionlaşmasının
və həyəcanlaşmasının kifayət qədər intensiv olmamasına səbəb
olur. Təzyiq intervalda göstərilən qiymətdən çox olduqda
atomlararası toqquşmalar tez –tez baş verir. Buna görə elek-
tronlar elektrik sahəsində kifayət qədər sürətlənə bilmirlər,
nəticədə atomlar ionlaşma və həyəcanlaşma prosesində iştirak
edə bilmirlər. Başqa sözlə desək, toqquşmalar az effektlidirlər.
İndi qaz atomlarının əsas həyəcanlaşma mexanizmini
gözdən keçirək və onların f.i.ə. baxaq. He–Ne lazerində əsasən
dörd proses baş verir:
1. Elektrik boşalmasının köməyi ilə helium atomlarının
bir hissəsi əsas
0
1
S səviyyəsindən həyəcanlaşmış
0
1
2 S , yaxud
1
3
2 S səviyyəsinə keçirlər. Bu proses birinci növlü qarşılıqlı
təsirdir və elektronun helium atomu ilə qarşılıqlı təsiri zamani
baş verir. İndi də həmin prosesi düstur şəklində yazaq və
faydalı iş əmsalını hesablayaq:

70
Deməli, bu proses nəticəsində heliumun
0
1
2 S ,
1
3
2 S metastabil
səviyyələri həyəcanlaşırlar. Sxemdə bu ox işarəsi ilə göstərilir.
2. İkinci proses neon atomlarının yuxarı
işçi
səviyyələrinin həyəcanlaşmasından ibarətdir. Yuxarıda dediyi-
miz kimi bu proses helium atomları ilə toqquşma zamanı
rezonans xarakter daşıyır:





Ne
Ne
He
, f.i.ə.
1
2



Odur ki, xarici təsirdən həyəcanlaşmış He atomları həyə-
canlaşmış Ne atomlarına toqquşan kimi həyəcanlaşma enerjisi-
ni Ne atomlarına ötürürlər, nəticədə Ne atomları həyəcanlaşa-
raq yuxarı enerji səviyyəyə qalxırlar. Bu proses ikinci növlü
qeyri –elastiki qarşılıqlı təsir xarakteri daşıyır və dalğalı ox
kimi göstərilir. Qeyd edək ki, ikinci növ toqquşma zamanı
enerjinin effektli ötürülməsinin əsas şərti

ödənilir.Buna görə də
1
2


.
3. Üçüncü proses generasiya prosesidir. Beləliklə, birinci
və ikinci proseslər nəticəsində
səviyyələrində yerləşən
neon atomlarının sayı kəskin böyüyür və işçi səviyyələr arasın-
da inversiya yaranır. Əgər neon atomu aşağı 2p səviyyələrin
birinə düşərsə, onda generasiya yaranır.

3 , 2
s
s
3 , 2
s
s

71
4. Aşağı (
ya da
) işçi səviyyənin
aktivsizləşməsi
S
1 səviyyəyə keçidi və ondan sonra borunun
divarları ilə toqquşma zamanı baş verir (əsas səviyyəyə spontan
keçidlər və pilləli elektron həyəcanlaşması çox az effekt verir).
Təhlildən alınır ki,
%
5
,
0
3
2
1








olur. Təcrübə-
də isə tipik lazer üçün

tec

çıxış gücü/boşalmanın
gücü=0,5%, yəni təxminən eyni qiymət alınır.
və
keçidlərində inversiya yaranma şərt-
lərini gözdən keçirərək nəzərə almaq lazımdır ki, boşalmada
neonun 1s səviyyəsi yaxşı doldurulur və yüksək boşalma cərə-
yanı hesabına 1s səviyyəsindən 2p və 3p -ə atomların pilləli
həyəcanlaşmasını nəzərdən atmaq olmaz. Bu aşağı işçi səviyyə
lərinin əlavə doldurulmasına, inversiyanın azalmasına və gene-
rasiyanın pozulmasına səbəb olur. Buna baxmayaraq

keçidlərində boşalma cərəyanının qiyməti 100 ÷ 200

mA inter-
valında olanda generasiyanın alınması mümkündür.
Tarixən ilk dəfə generasiya
keçidində (
15
,
1


mkm) sonra isə
(
39
,
3


mkm) və
(
63
,
0


mkm) keçidlərində alınmışdır. Hər üç növ
generasiya elektrik boşalmasının təxminən eyni şəraitində
müşahidə olunur və generasiyanın gücü boşalma parametrlə-
rindən eyni asılılıqlarla səciyyələndirilir. Ən yüksək gücləndir-
mə
keçidinə uyğundur, onun qiyməti 20

dB-lə çatır.
15
,
1


mkm olan keçiddə gücləndirmə bir metr uzunluğunda
10 ÷ 12%,
63
,
0


mkm olan keçiddə isə 4 ÷6% təşkil edir.
İnversiyanın yaranması və generasiyanın alınması əsasən
elektrik boşalmasının parametlərindən –elektrik boşalma cərə-
yanından, qaz qarışığının təzyiqindən, He və Ne qarışığında He
və Ne atomlarının parsial təzyiqlərinin qarşılıqlı münasibətin-
dən, boşalma borusunun daxili diametri və kəsmə formasından
asılı olur. Elektrik boşalma cərəyanı artanda boşalma plazma-
sında elektronların sıxlığı da böyüyür. Bütün elektron həyəcan-
4
3 p
4
2 p
2
2
s
p

3
3
s
p

s
p

2
4
2
2
s
p

2
4
3
3
s
p

2
4
3
2
s
p

2
4
3
3
s
p


72
laşma prosesləri gərginləşir. Həyəcanlaşan səviyyələrdə hissə-
ciklərin konsentrasiyası artır. Cərəyanın qiyməti 100-200

mA
intervalında olduqda
səviyyəsindən pilləli həyəcanlaşma
hesabına alınmır və işçi səviyyələrin inversiyası
n
 cərəyanla
mütənasib artır. Cərəyan 2÷20 mA intervalında olanda
hedd
n
n



şərti ödənilir, bu da generasiya yaranmasına gətirir.
Cərəyanın sonrakı artması generasiya gücünün böyüməsinə
səbəb olur. Yüksək cərəyan qiymətində
səviyyəsindən
p
2
və
p
3
-ə keçid baş verir, nəticədə
n

sıfıra yaxınlaşır,
generasiya gücü sıfıra qədər kəskin azalır. Cərəyanın qiyməti
mA
i
3
10
~
-a çatanda generasiya pozulur. Qaz təzyiqinin 1-
2mm c.süt-na qədər artması çıxış gücün böyüməsinə gətirir.
Belə asılılıq He və Ne atomları konsentrasiyasının artması və
həyəcanlaşma səviyyələrinin ümumi doldurulması ilə baglıdır.
Təzyiq böyük olanda elektron temperaturu T
e
zəruri olaraq
azalır, bu da effektli elektronların sayının kəskin surətdə azal-
masına səbəb olur. Nəzərdən keçirdiyimiz lazerdə inversiyanın
yaranması həyəcanlaşmanın metastabil He atomlarından Ne
atomlarına ötürülməsindən asılıdır. Bu prosesin ehtimalı əks
prosesin –enerjinin həyəcanlaşan Ne atomlarından həyəcanlaş-
mamış He atomlarına ötürülmə ehtimalına bərabərdir. Prosesi
düzgün istiqamətləndirmək üçün (He atomlarından Ne atomla-
rına) He atomlarının artıq konsentrasiyasını yaratmaq vacibdir.
Buna görə də qarışıqda heliumun konsentrasiyası neondan
çoxdur. Heliumun həddindən artıq olması təziqin artmasına və
elektron temperaturunun azalmasına gətirib çıxarır. Təcrübə
göstərmişdir ki, Ne qazının He qazına 1:5=1:15 intervalında
olan faiz nisbəti He –Ne lazerində optimal rejim yaradır.
Borunun daxili diametrinin artması fəal mühitin həcminin
böyüməsinə gətirib çıxarır. O da öz növbəsində generasiya
gücünün artmasına gətirməlidir. Digər tərəfdən borunun
diametri böyüyəndə
e
T azalır, nəticədə metastabil He atomları-
nın konsentrasiyası düşür və inversiya sıfıra qədər kəskin azalır.
1s
1s

73
Bu iki faktorun ziddiyyətliliyi (qarışığın kütləsi və
e
T ) optimal
boru diametri olduğunu göstərir. Bununla belə uzunluq çox
olduğundan eyni zamanda böyük diametr ona münasibdir.
Məsələn,
m
L
1

olanda borunun optimal diametri 7÷9 mm-dir.
Borunun kəsmə forması üçün elliptik kəsmə formasından
istifadə olunması
e
T –dən asılı olmayaraq qaz qarışığının
həcmini artırmağa imkan verir.
e
T elektrik yükü daşıyan zərrə-
ciklərin divarlara diffuziyası ilə əlaqədardır. Odur ki,
e
T

boru-
nun oxundan divara qədər olan məsafə ilə təyin olunur. Elliptik
kəsmə forması
a
ölçünün qiymətini minimal saxlayaraq digər
ölçünün

dəyişməsi ilə həcmin artmasına səbəb olur. Nəticə-
də çıxış gücü həcmlə mütənasib olaraq böyüyür.
a
və

arasında olan optimal nisbət
4
:
1
:


a
kimidir.
He – Ne lazerinin çıxışında şüalanma gücü
mkm
15
,
1


və
mkm
63
,
0


olan keçidlərdə
mVt
10
-a və
mkm
39
,
3



olan keçiddə
-a çatır.
Qaz OKG-da fəal mühit boşalma borusunda yerləşir.
Yüklü boru, adətən, şüşədən hazırlanır və optimal təzyiq
zamanı He-Ne qazlarının qarışığı ilə doldurulur. Boruya elek-
trodlar qaynaq edilmişdir. Rezonatorun güzgüləri və qazboşal-
ma boruları xüsusi armaturda fiksə olunmuşlar, xətti genişlən-
mənin kiçik temperatur əmsalına malik invar çubuqlar
armaturun əsasını təşkil edir. Qurğu rezonatorun güzgülərindən
birini sazlamağa və borunu yerdəyişməsinə imkan verir.

Uzunluğu sm -dən metrə qədər, diametri isə mm -dən sm -ə
qədər olan bu boru şüşə və ya kvars materialından hazırlanır.
Elektrik boşalmasını yaratmaq üçün borunun uclarında bir
tərəfdən katod, digər tərəfdən anod yerləşdirilir. Elektronların
emissiyasını asanlaşdırmaq üçün qızdırıcı katod istifadə oluna
bilər. Boşalma boru bir –birinə paralel qoyulmuş iki güzgü
arasında yerləşdirilir. Həmin iki güzgü optik rezonatoru təşkil
edir. Güzgülərin paralelliyinin dəqiqliyi əks olunan səthlərin
100 mVt

74
əyriliyindən, borunun uzunluğundan, daxili diametrindən və
fəal mühitin gücləndirilməsindən asılıdır.
Qaz borusuna nisbətən güzgüləri xaricdə və ya daxildə
yerləşdirmək mümkündür. Güzgülər daxildə yerləşdiriləndə
onlar qaz borusu üçün həm də pəncərə rolunu oynayırlar.
Güzgülər xaricdə yerləşdiriləndə isə optik rezonatora daha iki
optik element –pəncərələr əlavə olunur, bu da əlavə enerji
itkilərinə gətirib çıxarır. Pəncərələr və ümumiyyətlə optik rezo-
natorda yerləşən bütün optik elementlər üçün əsas tələb ondan
ibarətdir ki, onların səthlərinin hamısı yüksək keyfiyyətə malik
olsun və keçən şüa üçün minimal enerji itkiləri yaratsin.
Rezonatorda əsas itkilər pəncərələrin iki səthindən Frenel əks-
olunma qabiliyyəti ilə bağlıdır. İki müxtəlif sındırma əmsalına
malik olan mühitlər sərhədinə düşən işığın əksolunma əmsalı
düşmə bucağından və polyarlaşma növündən asılıdır. Müstəvi
paralel lövhəciyinin üstünə perpendikulyar düşən işıq üçün itki
 yalnız lövhəciyin sındırma əmsalından asılıdır və bu
düsturla tapılır:
200
1
1
2










n
n


Şüşə lövhəciyi üçün
%
8


olur. Bu itkilər lazer keçidləri-
nin çoxunda rezonatorun keyfiyyətliliyini azaldır, generasiya-
nın alınmasını çətinləşdirir. Onların ləğv edilməsi üçün iki üsul
mövcuddur: lövhəciklərin şəffaflanması və onların Bryuster
bucağı altında yerləşdirilməsi. Birinci üsul çətin texnoloji
prosesdir. Bucaq altında düşən işığın lövhəcikdən əks olunması
işığın polyarlaşma müstəvisindən asılıdır. Polyarlaşma müstə-
visi düşmə müstəvisinə perpendikulyar olanda müstəvi –
polyarlaşmış şüanın əksolunma əmsalı


maksimuma
bərabər olur:


2
)
sin(
/
)
sin(
i
i
i
i








75
burada
i
–düşmə bucağıdır. Düşən şüanın polyarlaşma müstə-
visi düşmə müstəvisi ilə üst-üstə düşəndə əksolunma əmsalı
II

minimuma bərabər olur:

Düşmə bucağı müəyyən qiymətə
0
i
i  olanda
0

II

, düşmə
müstəvisində polyarlaşmış olan şüa lövhəciyi itkisiz keçir. Bu
bucağa (
0
i ) –Bryuster bucağı deyilir. Buna görə də borunun
pəncərələri perpendikulyar yox, Bryuter bucağı altında
yerləşdirilir.
Məlumdur ki, spontan şüalanma polyarlaşmamış olur.
Lakin pəncərələrin yerləşdirilməsindən asılı olaraq müəyyən
polyarlaşma üçün itki az olur. Odur ki, güzgülərə perpendikul-
yar istiqamətdə spontan keçid zamanı yaranan müəyyən
polyarlaşmaya malik işıq şüası yayıldıqda dəfələrlə fəal mühit
daxilindən keçəcək və hər dəfə məcburi keçidlər hesabına yeni
fotonlar seli yaradacaq. Bildiyimiz kimi məcburi şüalanma isə
məcbur edən şüanın polyarlaşmasını təkrar edir. Buna görə də
rezonatorda Bryuster bucağına münasib olan müstəvi-
polyarlaşmış işıq yaranır.

Məcburi şüalanma

Nəticəni müzakirə edin:
• İşığın öz-özünə və məcburi şüalanmasını hansı əlamətinə görə müəyyən etdiniz? Nə üçün?

Spontan şüalanma. Çox qızdırılan cismin işıq şüalandırması hadisəsini Bor nəzəriyyəsi belə izah edir. Cismi qızdırdıqda onu təşkil edən atomlardakı elektronlar əlavə enerji alaraq daha böyük enerjili orbitə keçir. Belə hadisə atomun “həyəcanlanmış” vəziyyəti adlanır. Lakin atom həyəcanlanmış vəziyyətdə uzun müddət qala bilmir, o aldığı əlavə enerjini şüalandıraraq öz dayanıqlı vəziyyətinə qayıdır. Qızdırılan cisimdə atomun həyəcanlanmış vəziyyət alması və şüalanması öz-özünə baş verdiyindən belə şüalanma spontan şüalanma adlanır. Spontan şüalanma nizamsız olur: işıq şüalanması müxtəlif istiqamətlərdə müxtəlif tezliklərdə baş verir. Odur ki belə şüalanmalar zəif olur. Elektrik lampası, şam, göyqurşağı, tonqal, Günəş, qütb parıltısı və s. şüalanmaları spontan baş verir.

Məcburi şüalanma. ABŞ fiziki A.Eynşteyn 1919-cu ildə üzərinə düşən işığın təsiri ilə həyəcanlanan atomların görünən işıq şüalandırdığı ideyasını irəli sürür.

• Atomun yuxarı enerji səviyyəsindən aşağı enerji səviyyəsinə özbaşına (spontan) deyil, xarici təsir altında keçməsi məcburi şüalanma adlanır.

1954-cü ildə rus fizikləri N.Basov və A.Proxorov, ABŞ alimi Ç.Tauns elektromaqnit dalğalarını gücləndirmək məqsədilə iş prinsipi məcburi şüalanmaya əsaslanan ilk generator hazırlayırlar. 1960-cı ildə ABŞ alimi T.Meyman isə məcburi

Göy qurşağının yaranması