Lazerlarning yaratilish tarixi. Lazerlarning tuzilishi
REJA: 1. Lazerlarning yaratilish tarixi. 2. Lazerlarning tuzilishi. 3. Lazerlarning harbiy maqsadlarda qo’llanilishi. 4. Tibbiyotda lazerlardan foydalanish. 5. foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati. Lazer (inglizcha Light amplification by Stimulated Emission of Radiaton, majburiy nurlanish natijasida yorug’likning kuchayishi ) – koggerent yorug’lik oqimini vujudga keltirishda kvant mexanikasi effektidan foydalanuvchi qurilma. Lazer nuri uzluksiz doimiy amplitudali yoki impulsli bo’lishi mumkin. Va ekstremal yuqori quvvatga ega. 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 optic qurilmalarda juda muhum hisoblanadi. Yorug’likning oddiy manbalari nurni turli yo’nalishlarda keng diapason bo’ylab sochadi. Bundan tashqari lazer bo’lmagan manbalarning nurlanishi odatda muqim qutblanishga ega bo’lmaydi. Aksincha lazer nurlanishi monoxromatik va koggerent bo’lib, doimiy to’lqin uzunligi va aniq fazaga shuningdek ma’lum qutblanishga ega. Boshqa tomondan lazerlarning ba’zi turlari, masalan ranglantirilgan aralashmali lazerlar yoki yarim xromatik qattiq jismli lazerlar chastotalarning bir qancha to’plamini keng spectral diapazonda boshqara oladi. Lazerlar fanning ikki sohasi kvant mexanikasi va termodinamika hamkorligida yaratilgan. Lekin lazerlarning ko’pchilik turlari xatolar va urinishlar orqali yaratigan. Dastlabki lazer 1960 yilda Teodor Mayman tomonidan Malibudagi Hyuz kompaniyasining tadqiqotlar labaratoriyasida yaratilgan. Mayman 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 optic rezonatorga o’rnatiladi. Majburiy nurlantiruvchi mexanizm yordamida to’lqinlar aylanishi natijasida uning energiyasi eksponensial ravishda ortib boradi. Lazer odatda uch asosiy qismdan tshkil topadi: Energiya manbai; Ishlovchi qism; Oynalar sistemasi (optik rezonator) ..Quvvat manbai tizimga energiya beradi. Bu elektr razryadlovchi, impulsli lampa, botiq lampa, boshqa lazer, kimyoviy reaksiya va hatto portlovchi modda ham bo’lishi mumkin. Foydalanilayotgan quvvat tizimi turi ishlovchi qism bilan bevosita bog’liq. Masalan geliy neonli lazerlarda geliy neon gaz aralashmasidagi elektr razryadlardan, neod bilan lgirlangan alyumin ititriyli lazerlarda ksenon impulsli lampaning jamlangan nurlaridan, eksimer lazerlarda kimyoviy reaksiya energiyasidan foydalaniladi. Ishlovchi qism – lazer nurlanishi to’lqin uzunligi va boshqa xususiyatlarini belgilovchi asosiy omil. Lazer qurish mumkin bo’lgan yuzlab hatto minglab ishchi qismlar mavjud. Ishlovchi qism qo’zg’atuvchiga qaratib o’rnatiladi. Bundan ko’zlangan maqsad fotonlarning majburiy nurlanishiga olib keladigan electron ko’chishi inversiyasi effektiga erishishdir. Lazerlarda asosan quyidagi ishchi qismlar qo’llaniladi: Suyuqlik, masalan bo’yoqlarga asosan yaratilgan lazerlarda rodamin yoki kumarin, methanol etanol, etilenglikol. Gazlar, masalan karbonat angidrid, argon, krypton, yoki geliy neon lazerlaridagidek aralashmalar. Qattiq jismlar, kristall yoki oynadagidek. Yaxlit modda odatda xrom, neodim, erbiy yoki titan ionlari bilan legirlanadi. Ko’p qo’llaniladigan kristallar: alyuminiy itteriyli granat, litiy itteriyli ftorid, sapfir va silikat oyna. Eng keng tarqalgan variant: titan- sapfir, xrom – sapfir (shuningdek rubin ham), xrom bilan legirlangan stronsiy litiy alyuminiy ftorid, neodimli oyna.
Qattiq jismli lazerlar odatda impulsli lampa yoki boshqa lazer bilan ta’minlanadi. Yarim o’tgazgichlar. Energetic pog’onalar bo’yicha elektronlarning ko’chishini nurlanish bilan boshqarish mumkin bo’lgan moddalar. Yarim o’tgazgichli lazerlar juda ixcham, elektr manbaidan quvvat oladi. Bu ularning kompakt disk o’quvchi qurilmalar kabi maishiy texnikalarda ham qo’llash imkonini beradi. Optic resonator ikki oynadan iborat bo’lib, lazer ishchi qismi atrofi bo’ylab joylashgan bo’ladi. Ishchi qismning majburiy nurlanishi oynalarda akslanadi va yanada kuchayadi. To’lqin tashariga chiqqunicha ko’p bora akslanaishi mumkin. Murakkab lazerlarda resonator sifatida to’rt va undan ortiq oyna qo’llanishi mumkin. Bunday oynalarning sifatli tarzda tayyorlanishi va to’g’ri o’rnatilishi yaratilayotgan lazer tizimining sifatini belgilovchi omil hisoblanadi. Shuningdek, lazer tizimida turli effect olish maqsadida qo’shimcha qurilmalardan masalan aylanuvchi oyna, modulyator, filtr va yutuvchilardan foydalaniladi. Ularning qo’llanishi lazer nurining xususiyatlarini o’zgartiradi, masalan impulslar yoki to’lqin uzunligini. Geliy – neonli lazer markazda charaqlab turgan nur aslida lazer nuri emas, balki elektr razryad bo’lib xuddi neon lampalaridagi kabi nurlanishni yuzaga keltiradi. Elektronlar ko’chishi bundan tashqari mazer larga ham asos qilib olingan. Mazerlar ham lazerlarga o’xshsash bo’lib, faqat mikroto’lqinli diapazonda ishlaydi. Birinchi mazerlar 1953-1954 yillarda Basov va Proxorov tomonidan shunungdek ulardan mustaqil ravishda amerikalik olim Tauns va uning hamkasblari tomonidan yaratilgan. Basov va Proxorovning ikkitadan ortiq energetic darajada faoliyat ko’rsatuvchi kvant generatorlaridan farqli o’laroq Taunsning mazeri doimiy rejimda ishlay olmasdi. 1964 yilda Basov, Proxorov va Tauns “Kvant elektronikasi sohasidagi mazer va lazerlarga asoslangan generatorlarni yaratishga imkon beruvchi izlanishlari uchun” Nobel mukofotiga sazovor bo’ldilar. Lazer nuri quvvati juda yuqori bo’lib po’lat va boshqa metallarni kesishi mumkin. Lazer nurini kichik bir nuqtaga yig’ib bo’lsada difraksiya tufayli u hamisha noldan farqli bo’lgan o’lchamga ega bo’ladi. Boshqa tomondan
fokuslashtirilgan lazer nuri o’lchami boshqa yo’l bilan hosil qilingan nur o’lchamidan albatta kichik bo’ladi. Masalan geliy neonli lazerning nuri yerdan oyga tushirilganda 1,5 kilometrlik radiusda yoyiladi. Albatta, ba’zi lazerlar ayniqsa yarim o’tkazgichlilari kichik o’lcham evaziga yoyiluvchan nur taratadi, ammo bu muammoni linzalarni qo’llash orqali hal etish mumkin. Lazerlar yaratilgan dastlabki vaqtlardayoq ularni qo’llanish sohasini o’zi topuvchi qurilmalar deb atashgan. Darhaqiqat lazerlar ko’z nuqsonlarini tuzatish sohasidan tortib transport vositalarini boshqarishgacha, fazoviy parvozlardan tortib termoyadro sintezigacha bo’lgan sohalarni qamrab oldi.lazer XX asrning eng muhim ixtirolaridan biri bo’lib qoldi. Fan va sanoatda lazerlarning keng miqyosda qo’llanilishi ularning ajoyib xususiyati – kogerentligi monoxromatikligi va nurlanish quvvatining yuqori darajada yassiligi bilan bevosita bog’liq. Misol uchun lazer nurining koggerentligi uni ko’rish spektrida bir necha yuz nanometrli difraksion oraliq o’lchamida bir nuqtaga yig’ish imkonini beradi. Bu lazerli yozuvchi qurilmalarga gigabaytlarda o’lchanuvchi ma’lumotlarni optic disklarda saqlash imkonini beradi. Yaxshi jamlangan nur qiyin eruvchan metallarni kesish ,eritish, xatto bug’lantirib yuborish uchun kifoya qiladi. Masalan legirlangan neodli alyuminiy itteriyga asoslangan lazer ikkilanga chastotada 532 nanometr uzunlikdagi to’lqinda ishlaydi va bor yo’g’I 10 Watt quvvat bilan bir qancha kvadrat santimetrlaga bir qancha megawatt energiyani yo’naltirishga xizmat qiladi. Aslida, albatta, nurni difraksiya masofasida yig’ish mushkul. Xavfsizlik choralari. Xatto kamquvvatli lazerlar ham (bir qancha millivatt quvvatli) ko’rish uchun xavfli bo’lishi mumkin. Ko’z gavhari lazer nuri tushishidan ko’rish xususiyatini qisman yoki to’liq yo’qotishi mumkin. Buning uchun nurning ko’zga bir necha soniya tushishi kifoya qiladi. Lazerlar xavfsizligiga ko’ra to’rt guruhga ajratiladi. Birinchisi xavfsiz bo’lib, eng xavflisi to’rtinchisi hisoblanadi. Uning hatto tarqalgan nuri ham ko’z yoki terining kuyishiga olib kelishi mumkin. Birinchi guruhga mansub lazerlar yoki lazerli sistemalar ruhsat teilgan yuqori nurlanish me’yoridan ortiq bo’lmagan quvvatga ega. Birinchi guruhga mansub lazer yoki lazer sistemalari inson ko’ziga
zarar keltirish xususiyatiga ega emas. Kamquvvatli lazerlar ikkinchi guruhga mansub bo’lib, ma’lum vaqt davomida lazer nurining o’ziga tikilib turilganda inson ko’ziga zarar keltirishi mumkin. Uchinchi guruhga mansub lazerlar va lazerli tizimlar ularga agar qurollanmagan ko’z bilan qisqa vaqt davomida qaralsa ko’zga zarar qilmaydi, lekin durbin yoki teleskop orqali qaralsa zarar keltirishi mumkin. Uchinchi guruhning yana bir turi mavjud bo’lib bu turga mansub lazerlar bevosita nurga qaraganda yoki unining oynadagi aksiga tikilganda ko’zga ziyon keltiradi. To’rtinchi guruhga mansub lazerlar va lazer tizimlari yuqori quvvatli bo’lib inson ko’ziga nazar tushganda qisqa impulslar orqali, shuningdek, oyna orqli tushgan aksi Va tarqalishdagi aksi orqali zarar bo’lishi mumkin. Gazli lazerlar: geliy neonli lazerlar (543nm, 632,8nm, 1,15nm, 3,39nm) argonli lazerlar (458nm, 488nm yoki 514,5nm) karbonat angidrid asosidagi lazerlar (9,6nm, va 10,6) sanoatda metallrni kesish va payvandlashda foydalaniladi, 100 kW quvvatga ega. Uglerod osidlariga asoslangan lzerlar. Qo’shimcha sovutishni talab qiladi. 500 kvt quvvatga ega. Ultrabinafsha nur beruvchi lazerlar mikrosxemalar ishlab chiqarish va ko’z nuqsonlarini davolashda ishlatiladi. Qattiq jismli lazerlar: rubinli lazerlar (694nm), aleksandritli lazerlar (755nm) impulsli diodlarga asoslangan lazerlar (810nm), Nd; YAg (1064nm); Ho: YAG (2090nm); Er: YAG (2940nm) tibbiyotda qo’llaniladi. Neodiy bilan legirlangan alyuminiy ittriyli lazerlar metllarni va qattiq materiallarni aniq kesish, payvandlash va markirovkalashda ishlatiladi. tibbiyotda qo’llaniladi. Neodiy bilan legirlangan alyuminiy ittriyli lazerlar metllarni va qattiq materiallarni aniq kesish, payvandlash va markirovkalashda ishlatiladi. itterbiy bilan legirlangan kristalli lazerlar Yb: YAG, Yb: KGW, Yb: KYW; Yb: SYS, Yb: BOYS, Yb: CaF2 yoki itterbiylik shisha tolaga asoslangan lazerlar. Odatda 1020- 1050 nm diapazonda ishlaydi; kvant kamchiligining pastliiga ko’ra eng samarali; itterbiy bilan legirlangan tolali lazerlar o’zining eng yoqori darajali quvvati bilan qattiq jismli lazerlar orasida ajralib turadi. Erbiy bilan legirlangan alyumin itteriyli lazerlar (1645nm), tuliy bilan legirlangan alyumin itteriyli lazerlar (2015nm), golmiy bilan legirlangan alyumin itteriyli lazerlar (2096nm), titan sapfirli lazerlar. Spektroskopiada yuqori qisqa