როგორ მუშაობს ლაზერი

სინათლე – მოძრავი მატერიის განსაკუთრებული სახე. ის ცალკეული ნაწილების, კვანტებისგან არის შემდგარი. ნებისმიერი ნივთიერების ატომები, ასხივებენ( თუ შთანთქავენ) სინათლეს, უშვებენ(ან ჩაიჭერენ), მხოლოდ მთლიან კვანტებს, ასეთ პროცესებში(თუ არ არის რაიმე განსაკუთრებული პირობები) ატომები არ ურთიერთქმედებენ წილად კვანტებთან.

 ტალღის სიგრძე(ანუ ფერიც) მისი კვანტის(ფოტონი) ენერგიით განისაზღვრება. ატომები, ერთნაირები ბუნებით, ასხივებენ ან შთანთქავენ კონკრეტული სიგრძის ტალღების კვანტებს. როცა ატომი სინათლის კვანტს ასხივებს, ის ენერგიას კარგავს, კვანტის შთანთქმით კი დამატებით ენერგიას იღებს. რადგან ენერგია ატომამდე და მისგან პორციებად მიდის, თვითონ ატომს ერთ-ერთ დისკრეტულ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში შეუძლია ყოფნა – ან ძირითადში(მინიმალური ენერგიით), ან აგზნებული მდგომარეობებიდან რომელიმეში. ატომი, მყოფი ძირითად მდგომარეობაში, სინათლის კვანტის შთანთქმის დროს აგზნებულ მდგომარეობაში გადადის. კვანტის გამოსხივებით ყველაფერი პირიქით ხდება. ატომის ახლოს რაც უფრო მეტი კვანტია, მით მეტია ის ატომებიც, რომლებიც ასეთ გადასვლებს ახდენენ – ენერგიის მატებით ან კლებით.(სინათლე ატომებს აიძულებს მონაწილეობა მიიღონ ენერგეტიკულ გადასვლებში, ამიტომ ასეთ პროცესებს იძულებითს უწოდებენ – იძულებითი შთანთქმა და იძულებითი გამოსხივება). იძულებითი შთანთქმის დროს კვანტების რიცხვი მცირდება და სინათლის ინტენსივობაც იკლებს, ხოლო ატომების ენერგია იზრდება. თუ ატომთა გარკვეული სიმრავლე, რომელთაც სინათლე ანათებს, ჯამში იძულებით მეტ ენერგია ასხივებას, ვიდრე იძულებით შთანთქავს, მაშინ ჩნდება ლაზერული ეფექტი – სინათლის გაძლიერება იძულებითი გამოსხივებით(მოცემული ატომების სიმრავლის მიერ). ლაზერული გენერაცია მხოლოდ მიკრონაწილაკთა იმ სიმრავლეში ხდება, რომელშიც აგზნებული ატომების რაოდენობა არააგზნებულებზე მეტია. შესაბამისად, ასეთი სიმრავლის მიღება წინასწარ უნდა მომზადდეს, ანუ მასში წინასწარ უნდა დაგროვდეს დამატებითი ენერგია, რომელიც რაიმე გარე წყაროდან მიიღება. ლაზერების ტიპები ერთმანეთისგან ენერგიის დაგროვების სახეებით განსხვავდება, ეს შეიძლება იყოს: ელე.მაგნიტური გამოსხივება ლაზერულისგან განსხვავებული ტალღის სიგრძით, ელექტრული დენი, რელატივისტური(ძალიან სწრაფი) ელექტრონების კონა, ელექტრული განმუხტვა, ქიმიური რექცია გენერაციისათვის გამოსადეგ არეში.

 1 და 2 სურათები ლალის ლაზერის მოქმედებას გვიხსნიან. ხელოვნური ლალის ცილინდრული ღეროს მოვერცხლილი ბოლოები სარკეებია. ერთ-ერთი მათგანი უფრო მცირე სისქის ვერცხლის ფენითაა დაფარული, ის ნახევრად გამჭვირვალეა და სწორედ აქედან გამოდის ლაზერული სინათლე. ლალი – კრისტალია, შემდგარი ალუმინის ოქსიდისგან, ქრომის ოქსიდის მინარევებით. ალუმინის და ჟანგბადის ატომები ლაზერულ გენერაციაში განმსაზღვრელ როლს არ თამაშობენ, მთავარი ენერგეტიკული გადასვლები ქრომში რეალიზდება. აგზნების დროს ქრომის ატომები ძირითადი მდგომარეობიდან ორი აგზნებული მდგომარეობიდან ერთ-ერთში გადადიან – F1 და F2. ისინი აღმგზნები სინათლის სხვა და სხვა სიგრძის ტალღებითაც აღიგზნებიან. თუმცა არასტაბილურობის გამო მომენტალურად ტოვებენ F დონეებს და უფრო დაბალ – E დონეზე გადადიან. ამ გადასვლების დროს გამოსხივება არ ხდება, არამედ გამონთავისუფლებელი ენერგია ალუმინის ოქსიდის კრისტალურ მესერს გადაეცემა, სადაც სითბური დანაკარგების სახით განიბნევა. თუმცა E დონიდან ქრომის ატომი იძულებით ანათებს და ამით ძირითად დონეზე გადადის. კვანტები, ემიტირებულნი ქრომის ატომების მიერ, ლალის ღეროს მოვერცხლილი სარკეებიდან მრავალჯერადად აირეკლებიან და გზად ბევრ ატომს აიძულებენ გამოასხივონ ასეთივე კვანტები. პროცესი ზვავისებურად იზრდება და ლაზერული შუქის იმპულსით მთავრდება(ეს სინათლე არის კოჰერენტული, ლაზერიდან ერთი სიხშირის ტალღა გამოსხივდება, ჩეულებრივი ნათურასაგან განსხვავებით). ნახევრად გამჭვირვალე სარკე ლაზერულ გამოსხივებას კარგად უნდა ირეკლავდეს, რათა მისი იძულებითი წილის საჭირო ინტენსიურობა უზრუნველყოს, ერთბშად სხივის კარგი გატარებით გამოსასვლელზე. ჩვეულებრივ მისი არეკვლის კოეფიციენტი დაახლოებით 80 პროცენტია. არაიძულებითი გამოსხივების დროს ქრომის ატომი E დონეზე 10-7 წამზე მეტ ხანს არ რჩება, ხოლო იძულებითის დროს – ათი ათასჯერ მეტად 10-3 წამი. ამიტომ ლაზერის სხივს საკმარისი დრო აქვს იმისათვის, რომ აქტიური არეს დიდი რაოდენობით აგზნებულ ატომთა იძულებითი გამოსხივება გამოიწვიოს.

 ლალის ლაზერი – ლალის ცილინდრული ღერო მოვერცხლილი ბრტყელი ბოლოებით, გამაცივებლითა და აღმგზნები სინათლის წყაროთი. 1 – ღეროს მოვერცხლილი ბოლო(სრული არეკვლა), 2 – ლალის ღერო, 3 – გამაცივებელი სითხე, 4 – გაზიანი განმუხტვის ნათურა, 5 – გამაცივებლის შესასვლელი, 6 – ღეროს მცირედ მოვერცხლილი ბოლო(ნახევრად გამჭვირვალე სარკე).

 ლაზერის მოქმედება ქრომის ატომების აგზნებითა და მათი F1 და F2 ენერგეტიკულ დონეებზე გადასვლით იწყება. შემდგე ყოველი აგზნებული ატომი სპონტანუტად(არა იძულებით) ასხივებს კვანტს(არალაზერული გამოსხივების) და თავისი ენერგიის ნაწილის დაკარგვით მეტასტაბილურ E დონეზე გადადის. შემდეგ, ლაზერული ტალღის სიგრძის იძულებითი კვანტის ზემოქმედებით(ასეთი კვანტები აღმგზნები ნათურას გამოსხივებაშია) ატომი კიდევ ერთ ასეთივე კვანტს ასხივებს, შეთანხმებულს ფაზით მაიძულებელთან და თავის ძირითად ენერგეტიკულ დონეზე გადადის.

 

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *