Білім беру бағдарламасы студенттеріне арналған дәрістер жинағы Шымкент 2021
Дәріс №14. Оптикалық сәулеленуді күшейту және генерлеу
жүктеу/скачать 0,79 Mb.
|
ОПТИКА НЕГІЗДЕРІ ДӘРІС
osh sor kazahskiy-jazyk emn 10-klass kaz, биопэма әдісі, Ананың ыстық алақаны», Ағартушылық дәуірі, №5 Ғылыми жұмыс, pdf 20220918 221827 0000, 357200, Сөйлем мүшелері. Тұрлаулы мүшелер. Бастауыш пен б…
Дәріс №14. Оптикалық сәулеленуді күшейту және генерлеу2.1. Оптикалық кванттық генератор Бұл дегеніміз – лазер әсері атомдардың және моекулалардың еріксізсәулеленуін пайдалануға негізделген оптикалық диапазонның когеренттіэлектр-магниттік сәулеленуі көзі. Сөз «Лазер» (LASER) – ағылшыншасөйлемнен құрастырылған аббревиатура (қысқартылған атау), толық жазылуымынадай «Light Amplification by Stymulated Emission of Radidtion» – еріксізсәулеленумен жарықты күшейту. Бірінші лазер 1960 жылы (Т. Мейман, АҚШ)рубин кристалында (Сr иондарымен белсендірілген синтетикалық корунд)жасалды. Лазерді және біршама ертерек мазерлерді (1955) жасау физикадағыжәне техникадағы жаңа бағыт – кванттық электроника тууы және дамуынегізіне қызмет етті. Өмірлі лазерлер вакуумдік УК-нен ұзынтолқындық ИҚ-ғажәне субмиллиметрлікке дейінгі толқын ұзындықтарының кең аралығынқамтиды. Лазер жұмысының қағидасы. Лазер жұмысының негізіне, еріксізкванттық өтпелер жасауға сай келетін, сыртқы электромагниттік сәулеленуәсерінен және осы сәуленуді күшейтетін, қозған атомдар (молекулалар)қабілеттілігі жатыр. Қозған атомдар (белсенді орта) жүйесі, қозғанэнергетикалық деңгейдегі атомдар саны төмен орналасқан деңгейдегі атомдарсанынан артық болатын, қоныстану инверсиясы деп аталатын күйде болғанда,түсетін сәулені күшейте алады. Қоздыру энергиясы, энергетикалық деңгейлердің қоныстануыинверсиясын және белсенді ортаның қажет күшейту коэффициентінқамтамасыз ететін, тарту жүйесі арқылы жеткізіледі. Қоныстану инверсиясынбелсенді ортада жасау және ұстау үшін, белсенді ортаның құрылымына тәуелді,арнайы әдістер қолданылады. Солай рубин кристалындағы лазерде қоныстануинверсиясы, үш деңгейлік сызба нұсқа деп аталатын, оптикалық тартукөмегімен іске асырылады (2.1 а, сурет). Рубин кристалындағы Сr атомдарыныңэнергетикалық спектрінде 1 (негізгі күй) және 2 (қозған метастабильді күй) тардеңгейлерімен қатар, 2 деңгейінен жоғары орналасқан, үшінші деңгейдің рөлінойнайтын, 3 энергетикалық күйдің салыстырмалы кең жолағы (сіңіру жолағы)бар. Оптикалық тарту әсерімен Сr атомдары 1 негізгі күйінен 3 күйіне өтеді. Өте қысқа уақыт аралығы арқылы ( 10-8 c) атомдар сәулеленусіз 2 күйінеөтеді. Атомдар өмірінің уақыты метастабильді күйінде 3 күйіндегіден гөрі едәуір жоғары ( 10-3 c). Негізгі күйден 3 күйге (жоғары қуатты тарту көзікезінде) атомдардың жеткілікті тез өтуі кезінде, бөлшектер санының тығыздығы 2 деңгейінде 1 деңгейіндегіден жоғары, яғни лазерлік генерлеу іскеасатын 2 мен 1 деңгейлері қоныстануының инверсиясы пайда болады. а б
б – төрт деңгейлік жүйеде: έ1,έ2, έ3, έ4– энергетикалық деңгейлер Төрт деңгейлік жүйе бойынша жұмыс істейтін белсенді орталар бар (6б-сурет); оған жататындар мысалы, алюмоиттрийлік гранаттың Nd-мен кристалдары. Мұндай орталардың энергетикалық спектрлерінде метастабильдікέ3 пен : έ1 негізгілік деңгейлер арасында аралық жұмысшы деңгей ع2 бар, бұл негізгіліктен соншалықты жоғарырақ, оның бос жерге орналасуы шамалы ғана дерліктей. Лазерлік генерлеу ع3ع2өтпесі кезінде іске асады. 2 деңгейіқоныстануының аздығы қоныстану инверсиясын жасауды жеңілдетіп, бұл төрт деңгейлік сызба нұсқамен жұмыс істейтін белсенді орталардың басты артықшылығы болады. Төрт деңгейлік сызба нұсқамен көптеген қатты белсендіорталардағы лазерлер, газдық орталардағы көптеген лазерлер, сондай-ақ басқа тұрпаттардағы бірнеше лазерлер жұмыс істейді. Кез келген лазердің табаны болатын белсенді элемент, мұнда еріксіз сәулелену үрдісі тіке жүреді және лазерлік сәуле қалыптасады. Белсендіэлемент, резонатор айналары, қоздыру жүйесі сәулелену деп аталатын, бірегейқұрылысқа біріктіріледі. Лазердің құрамына сәулелендіргіштен басқаэлектрқоректендіру бұғаты (блогы) және салқындату жүйесі (қуатты лазерлер үшін) кіреді.Лазерлер түрлі режімдерде сәулелендіре алады; ұзақ уақыт ағымындаүзіксіз; бір мәрте жеке жарқыл түрінде; импульстер қайталануының түрліжиіліктері бар импульстік режімде. Сәулелену көзі ретінде – лазер қоздырукөзінің қуатын нақты п.ә.к.-і (лазерлік сәулелену қуатының сәулелендіргішкежеткізілетін қоздыру қуатына қатынасы) бар когеренттік оптикалықсәулелендіруге түрлендіреді. Лазердің маңызды сипаттамасы болатын, сондай-ақ лазерлік сәулеленудің бұрыштық шығыны. Лазерді жіктеу. Тұрпаты бойынша белсенді орталардың бөлінуі: газдылазерлер; сұйықтық лазерлер; қатты денелік лазерлер, бұларға сондай-ақ,шалаөткізгіштік лазерлерді жатқызуға болады. Газдық лазерлерде (ГЛ) елсендіорта болатын газ немесе газдық разрядпен қозатын газдар қоспасы.Сұйықтық лазерлерде (СЛ) белсенді орта қызметін органикалық жәнебейорганикалық қосылыстардың ерітінділері атқарады. Органикалықбояғыштар ерітінділерінде ең көп таралған сұйықтық лазерлерде бояғышлюминесценциясының кең (100 нм-ге дейін) шектерінде сәулелену жиілігініңжатық қайта құрылуын іске асыруға болады. Қайта құру лазердің резонаторыішіне орналасқан дисперсиялық элементтер (призмалар, дифракциялық торлар)көмегімен іске асырылады. СЛ түрлі органикалық қосылыстарда толқынұзындықтарының 0,3–1,2 мкм диапазонын жабады. Тарту шамдармен-жарқылдармен немесе басқа лазермен іске асырылады. Тарту үрдісінде бояғышерітіндісі қозу облысы арқылы үзіксіз тартылады.Қатты денелік лазерлерде (ҚЛ) белсенді орта болатын оптикалықмонокристалдар және құрамында Сr, Nd, Еr, ауысулық топ металдарыныңиондары сияқты иондар-белсендіргіштер қоспасы бар шынылар.Лазер қолданылуы. Материал бетіне фокустелінген тар лазерлік сәуле кезкелген материалды балқытады, кесіп, буландырады. Лазердің осындаймүмкіндіктері лазерлік технологияға негіз болды. Лазерлік технологияэлектрондық техникада, әсіресе интегралдық жүйелер өндірісінде[фотошаблондар даярлау, резисторларды қиыстырып келтіру, лазерлікскрайбирлеу (скрайбирование), интегралдық сызба нұсқалар ғимараттарыныңпісіріндісі және басқалар] көбірек тиімді. Лазерді СО2 де пайдалануэлектрвакуумдық аспаптардың әсіре жоғары жиіліктерінің шынықауыздарының, фотоэлектрондық көбейткіштердің, видикондар жәнебасқалардың түйіндерін дайындау және жинау кезіндегі жоғары дәлдікке яғнибет тазалығына жетуге мүмкіндік береді. СО2 –гі қуатты лазерлер сондай-ақ,автокөлік өндірісінде, кеме жасауда, болат беттерін кесуге арналған мәшинажасауда, үйкелетін беттерді суаруда, құрылыстарды дәнекерлеуде, саймандышыңдауда табысты пайдаланылады. Лазерлер хирургияда (жәрдемдік әдістермен емдеуде), офтальмологияда(офтальмо... грек сөзі ophthalmos – көз; күрделі сөздің бөлігі, оның көздерге, көзауруларына қатынасын көрсетеді; офтальмология көру ұйымының, көздерауруының анатомиясы мен физилогиясын оқып білетін және оларды болжау,емдеу, ауруларынан алдын ала сақтау амалдарын жасайтын медицина облысы),тіс емдеуде, терапияда (ішкі мүше ауруларын емдеуде) кең қолданыс тапты. Қуаты 100 Вт-қа дейінгі үзіксіз лазерлік сәулелену хирургияда, биоматалардыңқансыз және асептикалық (асептика – операцияға, жараға пайдаланылатынаспаптарды, т. б., заттарды микробтан физикалық жолмен таза ұстау әдісі)кесілуін алу үшін, «лазерлік скальпель» (хирургиялық пышақ) ретіндепайдаланылады. Лазерлік сәулеленудің ұйытатын әсері офтальмологиядақабаттанған торды пісіру, көз түбінің қан тасушы ыдыстарын пісіріп бітеу,эндотерапияда [эндо… (грек сөзі endon – ішкі), күрделі сөздің бөлігі,білдіретіні: ішкі] – асқазанды-ішектік жолдың жедел қан ағызатын жараларынұйыту үшін қолданылады. Импульстік лазерлік сәулелену су қараңғыны, көзбұршағының қарауытуын және басқаларды емдеуге қызмет етеді. Лазер есептеу техникасында ақпаратты жазу мен санау үшін (оптикалықжадыға сақтау құрылғысы) табысты пайдаланылады. Тұрмыстық техникадалазерлік видео- мен дыбыстық ойнатқыштар қолданыла бастады (Ақпараттыоптикалық өңдеуге қараңыз). Лазер пайда болуы оптикалық байланысдамуының кең болшағын ашты. ШЛ-дегі байланыстың талшықты-оптикалықжолдары табысты кәдеге асуда; атмосферадағы лазерлік сәулелену берілісі баржүйелер жасалуда. Лазерлік жайылтпау жүйелері атмосфераны зерттеу,координаттарды анықтауда және түрлі мақсаттарды тануда, олардың жылжуынбақылауда барынша кеңінен қолданылады; соның санының ішінде Жердіңжасанды серіктерінің координаттарын, ғарыш зерзаттарының (объектілерінің)өзара орналасуын анықтау бар (Оптикалық жайылтпауға қараңыз). Лазерлікалысты өлшегіш көмегімен Жер мен Ай арақашықтығы және басқа ғарышзерттары жоғары дәлдікпен анықталды. Лазер геодезияда [гео… (грек сөзі gë Жер), күрделі сөздің бөлігі,білдіретіні: Жерге қатыстыны оқып білу; (грек сөзі daiö – бөлемін); Жерауқымдарының пішінін анықтау және оны жоспарларда, карталарда бейнелеуүшін жер бетінде өлшеу жайлы ғылым] әсер дәлдігі мен ұзақтығын арттырукезінде, дәстүрлі әдістермен (ой-қырды тегістеу, арақашықты, бұрыштардыөлшеу, бағыттар беру) өлшеуді жетілдіруге мүмкіндік береді. Созылмалызерзаттарға бағыт беру және оларды анықтау үшін (үңгірлер, арналар, құбыртасымалдар және т. б. төсемі кезінде) лазерлік нысаналар пайдаланылады. Лазерлік интерферометрлер және жылдамдықтың доплерлік өлшегіштеріжасалып, табысты қолданылады.Полиграфияда, өндірістік өндіруде бұйымдарды маркілеу үшін лазерлікбасу кең қолданыс тапты. Лазерді спектроскопияда қолдану спектралдық аспаптардың анықтауқабілеттілігін және сезгіштігін әлдеқайда арттырды. Лазерді пайдаланудыңмаңызды облыстары болатын сондай-ақ, изотоптардың лазерлік бөлектелуі,лазер химиясы, лазерлік термоядролық синтез мүмкіндіктері зерттеледі.Лазер технологиясының ерекшеліктері. Лазерді даярлаудапайдаланылатын тәсілдер мен амалдар сәулелендіру қуатымен, белсендіортаның агрегаттық күйімен (газ, сұйық, қатты дене) оның қоздыру тәсілімен,жұмыс режімімен (импулстік немесе үзіксіздік), сәулеленудің жиіліктікдиапазонымен анықталып, оптикалық аспаптар өндірісінде пайдаланылатын(мысалы, арнайы оптикалық материалдарды пайдалану, оптикалықматериалдарды өңдеу, оптикалық беттерді өңдеу, шағылдыратын,жарықтандыратын қаптамаларды қаптау, дәлдеу, оптикалық күшейтукоэффициентін өлшеу және басқалар) тәсілдерге де, сондай-ақэлектрвакуумдық, газразрядтық және шалаөткізгіштік аспаптардың дәстүрлітехнологиясына да негізделеді. жүктеу/скачать 0,79 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|