130
sablamalara görə, güclənmə əmsalının qiyməti 10
20
‐yə bərabər
ola bilər. Maraqlı odur ki, eyni enerjili və eyni istiqamətli
böyük bir fotonlar ordusunun, yəni koherent şüaların hərəkəti
yaranır.
Əgər həyəcanlanmış atomların sayı həyəcanlanmamış
atomların sayına bərabərdirsə, onda işıqda heç bir güclənmə
alınmayacaq və həyəcanlanmamış atomlar tərəfindən udulan
fotonların sayı həyəcanlanmış atomların buraxdığı fotonların
sayına bərabər olacaq. Ona görə də işığın güclənməsi və
koherent şüalar almaq üçün həyəcanlanmış atomların sayı
neytral atomların sayından çox olmalıdır. Başqa sözlə desək,
enerji səviyyələri invers dolmalıdır. Tarazlıq halında atom‐
larda elektronlar əsas orbitdə olur və ona görə də elektronları
nüvədən uzaq enrji səviyyələrə keçirmək üçün atom
həyəcanlanmalıdır. İşıqda güclənmə almaq üçün isə maddəni
invers halında yəni, əksər (heç olmasa yarıdan çox) atomlarını
həyəcanlanmış hala gətirmək lazımdır. Maddəni invers halına
gətirməkdən ötrü enerji tətbiq etməklə verilmiş maddədə –
fəal işçi mühitdə atomların böyük əksəriyyətini həyəcanlan‐
dırmaq lazımdır. Bu prosesə doldurma deyilir.
Yuxarıda baxdığımız işığın güclənməsi prosesi – lazerin
yaranma prinsipini əks etdirir. Lazer – light amplification by
stimulated emission of radiation
ingilis sözlərinin başlanğıc
hərflərinin birləşməsindən ibarət olub, «məcburi şüalanmanın
köməyi ilə işığın güclənməsi» deməkdir.
Əgər müsbət əks rabitə yaratmaq mümkün olarsa, onda
çıxışdan qayıdan şüaları girişə daxil edib, yenidən güclənmə
əldə etmək və bu yolla işığın kvant gücləndiricisini generatora
çevirmək mümkündür.
Birinci kvant generatoru 1954‐cü ildə Basov və Proxorov
131
tərəfindən yaradılıb. Onun gücü çox kiçik (milliyardda bir vat
tərtibində) idi və generasiya etdiyi siqnal yalnız yüksək
həssaslığa malik cihazlar tərəfindən qeyd oluna bilirdi. Lakin
bu halda əsas məsələ cihaz yox, induksiyalanmış (məcburi)
şüalanmanın yaradıla bilməsi ideyasının yoxlanılması idi. Bu
baxımdan alınmış nəticə çox böyük qələbə idi və
elektronikanın tarixində yeni səhifə açırdı. Eyni günlərdə
Kolumbiya Universitetində Çarlz Taunsun rəhbərlik etdiyi bir
qrup amerikan radiofiziki də analoji cihaz yaratdılar və onu
mazer
adlandırdılar. 1963‐cü ildə Basov, Proxorov və Tauns bu
fundamental kəşf üçün Nobel mükafatı aldılar. Lakin Basov,
Proxorov və Taunsun kvant generatoru hələ heç də lazer
deyildi – həmin cihazlar dalğa uzunluğu 1,27 sm olan radio‐
dalğalar generasiya edirdi. Lazer isə uzunluğu bundan on
min dəfələrlə kiçik olan və optik diapazonda yerləşən elektro‐
maqnit dalğaları generasiya edir. Ancaq hər iki cihazın iş
prinsipi eynidir. Buna görə də lazerin yaradılması artıq
məsələnin xüsusi bir halı idi.
Lazerin – optik kvant gene‐
ratorunun (OKG) iş prinsipi ilə
tanış olaq (şəkil 4.15). Biri
yarımşəffaf olan, iki paralel
müstəvi güzgü sistemi arasın‐
dakı aktiv mühitdən şüalanan
atomların fotonları 1 müstə‐
visindən (100 % əks etdirən) 2 müstəvisinə (~ 40% əks etdirən)
doğru hərəkət edir. Fotonlar dəstəsinin çox hissəsi yarımşəffaf
güzgüdən keçərək koherent şüa şəkilində xarici fəzaya
şüalanır. Digər hissəsi isə əks tərəfə doğru hərəkət edərək,
sayını artıraraq, sonra 1 güzgüsündən əks olunaraq, yenidən
Aktiv mühit
doldurma
2
1
Şəkil 4.15. Lazerin iş prinsipi
şüalanma
132
2 güzgüsünə doğru hərəkət edir. Oradan isə bir qismi əks
olunur və yenidən əks tərəfə hərəkət edir və s. Əgər invers
mühiti yaradan xarici enerji mənbəyi tətbiq edilərsə, onda 2
güzgüsündən həmişə koherent foton dəstəsi şüalanacaqdır.
Daxilində optik diapazona düşən, dayanıqlı və qaçan
elektromaqnit dalğaları olan, iki və ya bir neçə güzgülərdən
ibarət olan sistem açıq və ya optik rezonator adlanır. Ən sadə
optik rezonator iki paralel müstəvi güzgüdən ibarət olan
Fabri‐Pero interferometridir.
Lazer şüası eyni enerjili fotonların paralel hərəkətindən
ibarət olduğundan özünəməxsus xüsusiyyətlərə malikdir.
Əsas xüsusiyyətlərindən biri az meylli, yüksək dərəcədə
paralel olmasıdır. Məsələn, əgər lazer şüasının diametri 1 sm,
dalğa uzunluğu 5.10
‐5
sm olarsa, onda meyl bucağı 5.10
‐5
rad
və ya 0.003
o
bərabər olur. Toplayıcı linzaların və güzgülərin
köməyi ilə lazer şüalarını ölçüsü 0,5 mkm olan nöqtəyə
fokuslamaq olur (görünən şüalar üçün). Bu halda meyl bucağı
10
‐7
radiana qədər azalır. Əgər belə bir şüanı Ayın səthinə
yönəldə bilsək, diametri 30 m olan işıq ləkəsi alarıq. Qeyd
etmək lazımdır ki, əgər lazer şüaları paralel olmazsa, onda
şüa bir neçə dəfə əks olunduqdan sonra güzgülər sistemindən
(optik rezonatordan) çıxaraq güclənməz.
Lazerlərin ikinci xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, onların
şüası yüksək dərəcə monoxromatikdir, yəni dəstədə bütün
fotonların enerjisi eyni olduğundan praktiki olaraq onlar bir
tezliyə (bir dalğa uzunluğuna) malik olurlar. Lazer şüaları
nəinki, zamana görə, həm də fəzaya görə koherentdirlər.
Yəni, kənar və mərkəzi şüaların eyni zaman kəsiyində fazalar
fərqi sabitdir. Bütün bunlarla yanaşı atomların müəyyən
qismi əvvəlki şüalarla koherent olmayan spontan şüalar
133
buraxır və buna görə də lazer şüalarının tezliyində
fluktasiyalar müşahidə olunur. Nəzərə almaq lazımdır ki,
lazer şüalarının dalğa zolağının eni çox dardır ~10
‐3
Hs.
Lazer şüalarının üçüncü xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki,
onları ifrat yüksək qısa (10
‐14
‐10
‐15
san) impuls işartısından
uzun müddətli şüalanmaya qədər idarə etmək mümkündür.
Müasir lazer bir impulsda bir neçə min Coul enerji
şüalandırır. Fokuslanmış belə lazer şüasında güc 10
20
Vt/sm
2
‐ə
çata bilər ki, bu da hər istənilən elektrostansiyanın verdiyi
gücdən çox‐çox böyükdür. Bu halda elektrik sahəsinin
gərginliyi 10
11
V/sm olur. Belə sahənin təsiri ilə maddələrdə
atomların ionlaşması baş verir. Nəhayət, lazer şüaları
mühitdən keçərkən onların öz‐özünə fokuslanması baş verir.
Müasir lazerlərin aşağıdakı növləri mövcuddur:
1. Bərk cisim lazerlərində aktiv mühit olaraq ya kristal, ya da
xüsusi şüşə götürülür. Məsələn, tərkibində xrom ionlarının
aşqarı olan alüminium‐oksiddən ibarət yaqut kristalının
lazerini göstərmək olar. Yaqut lazerinin dalğa uzunluğu
0,6943 mkm olan tünd‐qırmızı rəngdə işıq şüalandırır. Bu növ
lazerlərdə doldurma mənbəyi impuls ksenon lampaları
(məsələn, İFP‐2000) və ya köməkçi lazer ola bilər.
2. Maye lazerlərdə fəal mühit olaraq çox zaman üzvü boyaq
məhlulları və ya nadir torpaq elementlərinin ionları ilə
aktivləşdirilmiş xüsusi mayelərdən istifadə edilir. Lazer
generasiyası üçün əhəmiyyətli olan çoxlu sayda üzvü rəng
məhlulları mövcuddur. Bu maddələrin köməyi ilə dalğa
uzunluğu 0,3‐dən 1,3 mkm‐ə qədər dəyişən şüalanma almaq
olur. Mayeli lazerlərdə köməkçi lazer və ya qazboşalma
lampaları ilə fasiləsiz və ya impulslu optik doldurma üsulu
tətbiq edilir.