Лазердің жұмыс істеу принциптері

Гелий-неон лазерінің активті газ қоспасы газ разрядты түтік ішінде болады. Түтік жоғары сапалы шыныдан немесе кварцтан жасалады, оның ұзындығы 10см-ден 2 м-ге дейін жетеді. Гелий –неон лазерінің артықшылығы –сәуле шығаруы жоғары когерентті, аз қуат пайдаланады және аумағы шағын. Негізгі кемшілігі- пайдалы әсер коэффициенті төмен (0,01-0,1 пайыз), шығаратын қуаты аз 100 мВт-тан артпайды. 

4-сурет. Гелий және неонның  энергетикалық деңгейлер схемасы:1-электрондармен  соқтығысып қозу;2-қозудың резонансты  берілуі;3,4-лазерлік сәуле шығару; 0,6328 мкм;1,153 мкм; 5-спонтандық кешулер;

5-сурет. Аргон ионның энергетикалық  деігейлер схемасы.

Иондық лазерлер.

Иондық лазерлер мысалы ретінде аргондық лазерді қарастырайық. Жоғары Е4 және төменгі Е3 жұмыстық деңгейлер арасындағы инверсиялық қоныстану былай жасалады. (5 сурет) Е3 деңгейіне қарағанда Е4 деңгейінде ионның өмір сүру уақыты ұзақ. Бұл деңгей аргон иондары газ разрядында жылдам электрондармен  соқтығысуы және қозған иондардың жоғары орналасқан Е деңгейлер тобынан көшуі нәтижесінде қоныстанады. Ал осы кезде ионның өмір сүру уақыты қысқа Е3 деңгейі (Е4 деңгейінен шамамен 25 есе кем) иондардың негізгі күйге көшуіне тез босайды.

Газ разряды өте жіңішке (диаметрі 5 мм) түтікте (капилляр) алынады. Аргон газы арқыды тығыздығы үлкен тоқ өткізіліп, алдымен аргон атомдарын иондау керек. Қызбау үшін капилляр түтік сұйықпен салқындатылады. Газ қысымы ондаған паскаль.

Иондық аргон лазерлері қазіргі кезде ультракүлгін және көрінетін диапазондарда үздіксіз когерентті сәуле шығарудыңең қуатты көзі болып саналады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Молекулалық лазерлер.

   Атомдық және иондық лазерлердің пайдалы әсер коэффициенттері төмен, өйткені олардың  жоғарғы жұмыстық деңгейі негізгі күйден өте жоғары орналасқан болады да, қозу процесіне барлық электронның өте аз бөлігі қатысады. Газ разрядты лазерлердің ПӘК-н көтеру тұрғысынан қарағанда жұмыстық деңгейлердің мүмкіндігінше төмен орналасқаны қажет. Бұл деңгейлер ретінде  CO2 , H2O, N2O, NH3, HCN тағы басқа молекулалардың тербелмелі деңгейлерін қолдану тиімді. Жақсы нәтижелер CO2 молекулалары негізіндегі лазерлерде алынды.

CO2 молекуласы меншікті тербелістердің үш жиілігі болады. Оларға Е3,Е4 және Е5 деңгейлері сәйкес келеді. Газ разрядында осы деңгейлердің қоныстануы үш негізгі процестер нәтижесінде жасалады. Біріншісі- CO2 молекуласы жылдам электрондармен соқтығысу арқылы қозады. Қоздырудың осы механизмін пайдалану үздіксіз режимде қуаты ~10 Вт, ПӘК-10% сәуле шығаратын лазер жасауға мүмкіндік береді. Қуат пен ПӘК едәуір көтеру  CO2  газына молекулалық азот пен гелийді қосу арқылы жасалады. Газ разрядында азоттың молекулалары Е2 деңгейіне интенсивті қоздырылады: бұл деңгей көмір қышқыл газының Е5 деңгейімен дәл келеді. Қозу энергиясы азот молекуласынан CO2 молекуласына резонансты берілуінен Е5 деңгейінің қныстануы бірталай артады. Бұл-жұмыстық деңгейлерді қоныстандырудың екінші механизмі. Жұмыстық қоспаға гелийді қосу оның температурасын төмендетеді, осыдан барлық деңгейлердің жылулық қоныстануы азаяды, инверсиялық қоныстану артады. CO2 молекуласының Е5 деңгейін қосымша қоныстандырудың үшінші механизмі-электрондармен соқтығысып қозып өте жоғары деңгейлерге көшкен CO2 молекулаларының Е5 деңгейге каскадты көшуі. CO3 лезеріндегі индукцияланған сәуле шығару Е5 тен Е4 ке және Е5 тен Е3 ке көшірілу нәтижесінде пайда болады. Е5 тен Е4 ке көшуі нәтижесәнде толқын ұзындығы 10,6 мкм интенсивті сәуле шығарылады.

6 суретте көрсетілген  тербелмелі деңгейлердің әрқайсысы  шындығында жиі орналасқан деңгейлер  жиынтығынан тұрады. Сондықтан CO2 лазерінің генерациясы саны көп көшулер нәтижесінде пайда болады.

Азот қосылған CO2 лазерінің жұмысшы қоспасы түтіктен үздіксіз сорылып шығарылып, оның орнына жаңа қоспа ауыстырылып отырады.

 

6-сурет. Көмір қышқыл газы  мен азот молекулаларының тербеліс  деңгейлерінің энергетикалық диаграммасы.

CO2 лазері сызықты емес оптикада, лазерлік технологиялық қондырғыларда кеңінен қолдану тапты. Үздіксіз генерация режимінде CO2 лазерінің қуатын ондаған киловаттқа, ПӘК-н 30 пайызға жеткізуге болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе.

Оптика-физика ғылымының дербес салаларының бірі.

Оптика жетістіктерін физиканың, басқа ғылым салаларының, техниканың дамуына тигізген әсері мол.

Оптика зерттейтін құбылыстар өте көп, ал зерттеудің оптикалық әдістері өте дәл және нәзік. Сондықтан да өте ұзақ уақыт бойы көптеген іргелі зерттеулерде және негізгі физикалық көзқарастың дамуында оптика жетекші роль атқарады.

Қарқынды жүргізілген (СССР,АҚШ) теориялық және эксперименттік зерттеулер 50-жылдардың аяғында ғалымдарды оптикалық диапазонда генератор жасауға тікелей алып келді. Міне осы зерттеулер нәтижесіне сүйеніп, 1960 жылы Мейман Т.(АҚШ) жасанды рубинді пайдаланып, оптикалық кванттық генератор жасап шығарды. «Лазер» термині «мазер» сөзіне «М» (microwave-микротолқын) әрпін «Л» (light –жарық) әрпіне ауыстыру нәтижесінде пайда болды.

1961 жылы А.Джаван, В.Беннет, Д.Герриет (АҚШ) газ (гелий-неон) лазерін  жасап шығарды. 1962 жылы жартылай өткізгіштер лазері жасалды.

1961 жылдан бастап лазерлер  оптикалық лабораторияларда берік  орын алды. Лазер жасау үшін  жаңа активті орталар игерілуде, лазер жасау технологиясы өңделіп  жетілдіруде.

Қазіргі кезде лазерлерді жасау үшін әр түрлі материалдар: кристалдар, активтендірілген шыны, газдар, сұйықтар, плазма, жартылай өткізгіштер пайдалынылады. Лазердің жұмыс істеу диапазондары ультракулгін (0,3 мкм) сәулелерден инфрақызыл (300 мкм) сәулелерге дейін өзгереді.

Үйреншікті баска жарық көздері шығарған жарыққа қарағанда лазер сәулесі когерентті, яғни жарық өрісінің тербелісі кеңістік пен уақыт бойынша өте жоғары реттелген болады. Когеренттілігі өте жоғары болу нәтижесінде лазер сәулесі әсіресе бағыттылығымен сипатталады және өте жіңішке шоқ бойынша таратылады. Лазер сәулесінде шоғврланған энергия мөлшері өте көп болады, яғни лазер сәулесінің көмегімен өте үлкен энергия тығыздығы алынады.

 

 

Қорытынды.

Лазер сәулесінің осындай ерекшеліктері радиофизиканың көптеген идеяларын пайдаланып жарық өрісін зерттеу мүмкіндігін береді. Осыған сай оптиканың кейбір классикалық бөлімдері қайта жанданды. Нәтижеде когеренттіліктің жалпы теориясы, жарық өрісін статистикалық және корреляциялық жіктеу, жарық шоғының Фурье-оптикасы сияқты оптиканың бөліктері теория саласында актуальды мән қабылдап, кеңінен дами бастады.

Үлкен энергиялы және қуатты сәуле беретін лазерлердің жасалуы арқасында тез дамып келе жатқан оптиканың жаңа бөлімі-сызықтық емес оптика пайда болды.

Экспериментальдық физика және техника салаларында лазерді қолдану- голография, сызықтық емес спектроскопия, лазерлік интерферометрия және метрология сияқты т.б әр түрлі көптеген оптикалық зерттеу әдістерінің пайда болуына мүмкіншілік туғызды.

Лазерді өндіріс пен технологияда пайдаланудың халықтық шаруашылықтың зор маңызы бар екенін атап өту керек. техникада жаңа бағыттар пайда болды, мысалы, лазерлік (оптикалық) байланыс, информацияны беру, жазу және өңдеудің оптикалық системалары, ара қашықтықты лазер жәрдемімен өлшеу және жарық локасациясы, изотоптарды оптикалық бөлу, металдарды лазерлік пісіру және кесу т.б.

Қорыта келгенде, лазер арқасында оптика жаңарды, яғни оптиканың жаңа салалары пайда болды. Лазер туғызған оптика- когеренттік оптика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны

Кіріспе.

1-бөлім. Лазердің жұмыс істеу принциптері.

2-бөлім. Лазер типтері.

1. Қатты денелік лазерлер.
2. Рубин лазерлер.
3. Неодим қоспасы бар иттрий-аллюминий гранат лазері.
4. Сұйықтық лазерлер.
5. Газдық лазерлер.
6. Иондық лазерлер.
7. Молекулалық лазерлер.

Қорытынды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер.

1. «Лазер жаңартқан оптика» К.Б.Жұманова. Алматы «Мектеп» 1985 жыл.