Бояғыштағы лазерлердің пайда болу тарихы туралы қазақша реферат

Жұмысымның мақсаты: Бояғыштағы лазерлердің пайда болу тарихын, құрылымын, қасиеттерін және қолданылуын баяндау.

Тақырыптың өзектілігі:

Сұйықтықтың лазерлері, газды немесе қатты лазерлерге қарағанда сирек қолданылады, алайда кейбір көзқарасға қарағанда, олар керемет қасиеттерге йе. Қатты лазердің сәулелену параметрлері көбіне кристаллдық оптикалық сапасына  тәуелді болады. Кристалды  біртксіздігі оның құрылымының  когереттілігін шектейді.Кристаллдар үркіншіліктерге душар; әрекетке түсетін иондардың шоғырлануы,  лазердің жасалуында үлкен рол атқарады және  айтылмыш кристалл үшін тағайындалған болып табылады.Газды лазерлермен жұиыс істегенде осындай нақты қиындықтар кездеспейді, бірақ газдағы атомдардың концентрациясы аздығынан, лазерде  белсенді заттардың концентрациясының шоғырлануы аз, сұйықтықтың лазерінің артықшылығының бірі, олар концентрацияланған  белсенді атомдардың көп шоғырлануында; бұзылуға душар болу қабілеттілігі аз. Сұйықтықтың лазерінің маңызды түрлерінің бірі – органикалық бояғыштағы лазерлер. Бояғыштың  генерация эффектісін  тұңғыш рет 1965 жылы IMB фирмасының зертханасында П.Сорокин мен оның әріптестері лағыл лазерлер үшін бояғыштар қатарын зерттеу барысында ашты. Бояғыштағы лазердің басқа қарастырған лазерлерден бір артықшылығы оның белгілі үлкен спектрлік диапазон шегінде сәулелену жиілігінің орнын ауыстыра алу мүмкіндігінде. Ал газды немесе қатты лазерлерде сәлелену жиілігінің орнын ауыстыруға болады тек ішінде және кішкене  диапазонда ғана.

1. Органикалық бояғыштағы лазерлер

1.1. Белсенді орта

Бояғыштағы лазердің белсенді ортасы органикалық бояғыштардың ертіндісінен   құралады. Сыртқы қысқатолқындардың әсерінен бояғыштар қозғанда, ол улкен толқындарда сәулеленеді немесе флуоресцирендіреді, қозған толқынның шегінде ол фотонды жұтады ал кейін фотонды флуоресценция толқынының ұзындығында сәулелендіреді. Энергилары әр түрлі фатондар бос өткелдерге  барып , ақыр соңында жылуға айналады.

1

Сурет. 1.1. Бояғыштағы лазердің жұту спектірі(1) флуоресценциясінің(2) спектрі

Бояғыштағы лазердің жұту және флуоресценциясінің спектрлері келтірілген. Бояғыш лазері қатты лазерлерге қарағанда,  спектрдің көрінетін облысында кең жиілікті диапазонында флуоресценцияланады.

2

Сурет 1.2 Бояғыштағы лазерлер үшіндеңгейлік диаграмма—интекомбинацияланган өткел, осының әсерінен сәулені қатты жұтады және   өткеліндегі шекте қатты күштің әсерінен  генерация үзіледі.

 Бояғыштағы флуоресценцияның жалпақ спектрін , 1.2-ші схемадағы бояғыштың малекуласының энергетикалық деңгейі бойынша түсіндіруге болады. Бояғыштың молекуласы  екі түрлі күйде болады:

1) Синглетті (S0, S1 және S2)

2) Триплетті (T1 және Т2)

 Синглет күй малекуладағы қозған электрондар спинінің шамасы нөлге тең болғанда, ал триплетті күй малекуладағы қозған электрондар спинінің шамасы бірге тең болғанда туады. Бояғыштағы лазерлердің тартуы фотондарды жұту кезінде пайда болады. Кейін малекулалар бастапқы  күйіне және    қозған күйіне келеді. Кейін  күйден cәулелендірмейтін өткелге жылдам ауысады.  жақын өткел арсында стимуьденген сәулелену жүреді. T1 және T2 триплетті күйлері сәуленің генерациялануына қатыспайды.

Әр түрлі бояғыштардың белсенді орта ретінде қолданылуы спектрдің барлық көріну облысындағы жалпақ диапазонды жиіліктің түрленуіне әсерін тигізді.

1.2. Тарту

Барлық  бояғыштардағы лазерлер оптикалық әдіспен тартылады. Ең бастсы тартылу кезінде тартылу көзі максимал жиілкте жақын жерде жұтылуы керек. Табиғатына сәйкес бояғыштағы лазерлердің сәулеленуі қозған күйдегі сәулеленуге қарағанда көбіне ұзын жиілікті болады. МАйталық, родамин 6G тартылуы, флуорециялану облысы  590 нм(спектрдің қызыл сары облысында)болса, сәулелену  облысында 490-515 нм. толқынында жүзеге асады. Бояғыштың тартуы үшін спектрдің көк облысында флуоресциялану, ультракүлгін сәулелер толқынында жүзеге асады.

Тарту көзінің типін тек генерацияның спектрлік диапазонында ғана емес,  тартудың қолданбалы геометриясы арқылы да анықтайды. Бояғыштардағы тартуының қарапайым және оңай әдісі, ол қаттыденелі лазерлердің оптикалық тарту әдісі болып табылады. Бояғыштың тартуы эллиптиялық шағылдырғыштағы сал-түтікте жүзеге асады. Оптикалық тарту стержіндік шамдардың көмегімен жасалады. Осы шамдар тартудың импульстік қуатының бірнеше килловатқа және сәулеленудің 50мВт шамасындағы   көрінетін диапазонда ортаның орташа  қуатын  қамтамассыз етеді. Боғыштағы лазерлерді тарту көзі ретінде азот негізіндегі лазерлерді қолануға болады.

Тартудың лазерлік сәулеленуі бояғыштың жіңішке ағысында жүзеге асады және сол арада жұтылады. Яғни, түтіктен өткен тарту сәулесі арнайы қақпанда жұтылады. Стимульденген сәулелену тартудың аздаған көлемінде шектелген. Резонатордың оптикалық осінің шағын бұрышы тартудың  бағытымен сәйкес келеді. Резонатор екі бөліктен тұрады: біріншісі  100% шағылдыратын «саңырау» айна мен қосымша айнадан тұрады.  Ал екінші бөлігі қосымша айна мен шықпа айнадан (өткізгіштігі 2-5% ) және тартуы параллель бағытта жалғанған. Жұмыс істеуінде қолайлылығымен қатар, лазердің шыға берісіндегі сәулеленудің тартуы параллельдік бағытта жүреді және үшайналы резонатор үлкен ұзындыққа йе болады..

3

 

1.3 сурет. Бояғыштағы лазердің  ламинарлы тасқынының схемалық суреті.

Резонатор шағылу кезінде пайда болды 3 (қисықтық радиусы r=5 см және шағылу коэффиценті R=100% ), тегіс шықпа айна 7(R=95-98%), қосалқы айна 5(r = 7,5 см, R=100%) резонатордың габаритының кемуі үшін қызмет етеді және лазердің шыға берісінде сәулеленудің параллелдігін 8 қамсыздандырады және тартуды сәулелендіреді 1, айнасының  көлем бұрылысына бағытталған 2. Бояғыштардың ағыны 4  тегіс суретке перпендекуляр  бағытталған және тартудың сәулеленуі  Брюстер бұрышының астында орналасқан.  Толқын ұзындығы селектирленген элементтің  көмегімен орнығады 6.

3. ДИСПЕРСИОНДЫҚ ЭЛЕМЕНТТІҢ АЙЛАНПАСЫНЫҢ ЭЛЕТРОДИНАМИКАЛЫҚ ЖЕТЕКТЕРІНДЕГІ ТАРЖОЛАҚТЫ ИМПУЛЬСТІ   БОЯҒЫШТАРДАҒЫ ЛАЗЕРЛЕР.

Ленинградтық ядролық физика институты мен КСРО ғылым академиясының Спектрлік талдау институтының  лазерлік-ядро комплексідегі қысқа өмір сүретін ядролы атомдардың оптикалық сызықтарының изотоптық жылжу зерттеулері, таржолақты (dn~1 пм)  импульсті бояғыштағы лазерлердің пайда болуын талап етті. Ол салыстырмалы түрде толқын ұзындығының сәулеленуі  тез және байсалды  қалпына келуін  қамтамассыз етер еді. Қалпына келген таржолақты  сәулеленуді алу әдісі әдетте лазерлік дифракциялық тордың  механикалық орын ауыстыруы, Фабри-Перо эталонының резанатор ішіндегі біруақытта және біркелкі орын ауыстыруы немесе Лио фильтры арқылы, не   газ қысымының өзгерісіне сәйкес резанатордың оптикалық ұзындығының қалпыны  келуіне сәйкес  жақсы өңделген.  Соңғы әдісі лазердің резанаторының барлық дисперсиондық элементтерінің   қалыпқа келуін қамтамассыз етеді және салыстырмалы түрде толқын ұзындығы үлкен диапазонда болады (бірнеше нанометрге). Үлкен (0.2%) сызықты  көшірмеден өтеді, бірақ көшірмеден өтеді төмен жылдамдықтың әсерінен мүмкін болмайды.

4

2.1 сурет Дифракциондық тор мен ішкі резонатор эталонының  басқармасының бірқалыпты бұрылысының сұлбасы.

Қорытынды

Қазіргі таңда  лазерлердің жаңа түрін жасап шығаруға    сызықты емес оптикада әр түрлі зерттеулер жүргізуде. Когорентті рентген сәулесінің  (l=10-9¸10-10 м)  генерациясын алу зерттеудің маңызды бағыты болып табылады.

Рентген лазерлерін жасау жолында біз 2 бөгетке тап боламыз: Резанаторға қажетті ұзын толқынды ренген сәулесінің  облысында шағылдырғыштар мүлдем жоқ болады. Сонымен қатар тарту кезінде бірнеше қиындықтар туып, толқын ұзындығы барынша кішіриеді. Себебі, қандай да болмасын қатты дене рентген сәулесін жұтады. Кері байланысты орнату үшін кәдімгі лазерлік резанаторлар жарамсыз болып келеді. Келесі бөгет, осындай лазерлердің тарту қабілетіндегі қиындықтар. Ол рентген өткелдерінің  (t»10-15 с)  қысқа уақыт өмір сүру  кезінде  пайда болады. Егер де осыдай  рентген лазерін жасауға болатын болса, онда рентген лазерлерін жоғарғы температуралы және  ұзақтығы аз, мықты газдардың радиографиясы мен микрообъектінің голаграммасын алу үшін қолданады. Сонымен қатар,  толқын ұзындығы 0,1  нм шамасында жұмыс істейтін гразерлер (гамма-лазерлер) жасау мақсатында,  алдын ала зерттеулер жүргізу туралы ұсыныстар ұсынылуда.  Ондай құрылғыларды ядролардың қозу күйін пайдалана отырып, айнасыз, стимулденген сәулелер алуға қолданар еді. Қандай лазерен мейлінше  қысқа толқын алуға болар еді . Бір ғана оған тосқауыл болатын, ол электрон-пазитрон жұптарының пайда болуы. Бу негізінде жұмыс істейтін лазерлер 1,2 *10-12 м  толқын ұзындығына йе болады. Осындай лазерлер  жиілігін аммиактағы  мазер жиілігімен(24 ГГц)  салыстыра отырып,  құрылғының қозған сәуленің зораюының нәтижесінде, 10 есе орын алатын диапазонда жұмыс істей алатынын көре аламыз.
Тағы рефераттар