Физика кафедрасы

\ЗА Қ СТА Н   РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ  ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ М И НИСТРЛІП  ^

КАРА^АНДЫ  МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫ Қ УНИВЕРСИТЕТІ

ФИЗИКА КАФЕДРАСЫ

Қ.Р. РАКЫМ, Г.М. БИІМБЕТОВА

^ИЗИКАНЫ Ң ЛАБОРАТОРИЯЛЬЩ 

ЖҰМЫСТАРЫ

ТОЛҚЫ НДЫ Қ Ж ӘНЕ  КВАНТТЫҚ ОПТИКА БӨЛІМ і  ЕОЙЫНШ А 

СТУДЕНТТЕРГЕ АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМ ЕЛІК НҮСҚАУЛАР

1-БОЛІМ

.  Қарағанды  2003

Г '

ҚАЗАҚСТАН  РЕСПУБЛИКАСЫ НЫ Ң БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ М И Н ИС ТРЛ ІП  

КАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫ К УНИВЕРСИТЕТІ

ФИЗИКА КАФЕДРАСЫ

Қ.Р. РАҚЫ М, Г.М.  БИІМБЕТОВА

ФИЗИКАНЫҢ ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ 

ЖҰМЫСТАРЫ

ТОЛҚЫ НДЫ Қ Ж ӘНЕ  КВАНТТЫ Қ ОПТИКА БӨ ЛІМ ІБО Й Ы Н Ш А 

СТУДЕНТТЕРГЕ АРНАЛҒАН Ә Д ІС Т Е М Е Л ік НҰСҚАУЛАР

1-БӨЛІМ

Қарағанды 2003 

'

ӘӨЖ  532.І2.  (076.5) = 512.І22

Р ак ы м   К.Р.,  Б иімбетова  I .М.  Физиканын  лабораториялык  жүмыстары. 

Толкындык  және  кванттык  оптика  белімі  бойынша  студентгерге  арналған 

әдістемелік нүскаулар.  і-белім.  Қарағанды:  ҚарМТУ, 2003.  63 б.

Физика  пәнінін  оку  жоспары  мен  бағдарламасынын  талаптарына  сәйкес 

күрастырылған  бул  әдістемелік  нүскауда  толқындык  және  кванттык  оптИка 

күбылыстарынын  теориялары  жеткілікті  мазмүндалып,  оларды  сипаттаушы 

физикалық  шамалардың  арасындағы  байланысты  аныктаудын  тәжірибелік 

зерттеу жолдары  көрсетілген.

Пікір жазған:  Исабек Т.К. -  редакциялык-баспалык кеңесінің 

мүшесі,  Қарағанды  мемлекеттік  техникалык 

университетінін т.ғ.д.,  профессор

Университетгін редакциялык-баспалык кенесі  бекіткен

-----

Ю ТАПКАМ АСь*

^^смлекеттік техникалык университеті, 2003 

УЖЖИ№ЖСКОГО

Сырткы  ф ою эф ф ект күбылысын  зерделеу 

Фотоэффект

Сыртқы 

фотоэффект 

деп 

түскен 

сэуленің 

әсерінен 

затган 

электрондардың  бөлініп  шығуын  айтады.

ІШКІ  фотоэффект  кезінде  жарыктың  әсерінен  электрондар  езінін 

атомдары  мен  молекулалары  арасындағы  байланысты  жоғалтады, бірак  олар 

заттың  ішінде  калады.

Сырткы  фотоэффект  күбылысының  заңдылыктарын  зерделеу  үшін 

вакуумды 

фотоэлемент  пайдаланылады.  Оның  орталыгында  сакина  немесе 

тор  тәрізді  анод  А  орналаскан,  ауасы  сорылып  алынган  шыны 

сфералык 

баллон  (1-сурет).  Баллонның  ішкі  бетінің  бір  бөлігі  жұка  мегалл  қабатпен 

жабылган.  Ол катодтың міндетін атқарады.

1-суретге  сырткы  фотоэффектіні  зерттеуге  арналған  сүлба  бейнеленген. 

Ток  көзінен оң және теріс заряд алған  анод пен  катодтың  арасында  электр өрісі 

пайда  болады.  Анод  пен  катодтың  арасы  ашык  болғандыктан,  катодка  жарык 

түспеген  кезде  фото  элемент  аркылы  ток  жүрмейді.  Катодка  жарык  түскен 

кезде  электрондар  катод  бетінен  сыртқа  бөлініп  шығады  да  электр  өрісінің

3

күшінін  эсерімен  анодка  карай  козғалады.  Тізбекте  ток  пайда  болады.  оны 

фототок  деп  атайды.  Гок  күші  гальванометрмен  С.  анод  пен  катод  арасындағы 

кернеу  -  вольтметрмен  V  өлшенеді.  Патенциометрдін  П  комегімен  кернеуді 

өзгерте 

отырыч 

фототоктын 

кернеуге 

тәуелділіһн 

- 

вольтамперлік 

сипаттамасын  аныктайды.

Во.іьт-ампер.іік сипаттама

2-суретте 

вакуумды 

фотоэлементтің 

волыамперлік 

сипаттамасы 

көрсетілген.  ^ = 0   болса  катод  пен  анодтың  арасында  электр  өрісі  пайда 

болмайды,  бірак  фототок  нольге  тен  емес  (1^0),  себебі  жарыктын  әсерімен 

катодтан  шыккан  электрондардын  алғашкы  жылдамдығы  Ы,  яғни  олардың

піИ'

кинетикалык  энергиясы 

"   -  

көп  болса,  электр  өрісі  бол.маса  да,

электрондар  анодка  барып  жетеді.  Соньщ  нәтижесінде тізбек,  кернеу теріс  (-^ ) 

болса  да,  түйыкталып,  тізбектегі  гальванометр  С   токтың  шамасын  көрсетеді. 

Әрине  барлык  бөлініп  шыккан  электрондар  анодка  жете  алмайды,  себебі  ол 

электрондардың алғашкы жылдамдығына және бағытына төуелді.

Егер  катод  пен  анодтың  арасындағы  кернеуді  үлғайтсақ,  (катодка  іеріс, 

ал  анодқа он  потенциал беріп) онда ток  күші  өседі.

Себебі  и = 0   тең  болған  кездегі  анодка  жете  алмай  ортада  калган 

электрондар  электр өрісінін  әсерімен  анодка карай тартылады.

2  - сурет

Графикіе  керсетілгендей  кернеу 

тең  болганда  фототок  ең  үлкен

шамага  жетеді,  бүл  токты 

канығу  тогы  деп  атайды.  Кернеуді  одан  әрі 

үлгайту  ток  күшінің  үлғайуына  әсер  етпейді.  себебі  катодтан  үшып  шыккан 

электрондардын  бәрі  анодка  жететіндіктендок  туғызатын  электрондардың 

саны  түракты  болып  калады.  Егер  бірлік  уакыт  ішінде  жарык  катодтан  п  - 

электрон алып  шықса,  канығу тогы  мынаған тең:

мүнда  е - электрон  заряды.

Егер  эЛектродтардың  полюсін  өзгертсек,  яғни  катодка  оң  потенңиал.ал 

анодка  теріс  потенциал  берсек,  онда  элемтр  орісі  электрондардың  катодтан 

анодка  карай  козғалысын  тежейді.  Электр  ерісінін  жүмысының  (А  =  еУ) 

есебінен 

қозғалған 

электронның  кинетикалык  энергиясы  кемиді. 

Егер 

электронның  алғашқы  кинетикалык  энергиясы 

электр  орісінің  жүмысынан 

үлкен 

болса,  электрондар  анодка  жетеді  де  тізбекте  ток  жүреді.  Ал

\У;,<еи  болса,  электрондар  анодка  жете  алмайды  да токтын  жүруі  токталады. 

/Фототок  токталатын  ен  төменгі  кернеуді  тежеуші  /бөгелтуші/  кернеу  Пт  деп 

атайды. 

болғанда  ең жоғарғы  жылдамдықтағы  ең  үшқыр электрондар да

анодка жете алмайды.  Бүл жағдайда

.мүнла т  -  электрон  массасы.

Сонымен.  тәжірибеде 

керпеулігін  өлшеу  аркылы  катодтан  үшып 

шыккан  электрондардын максимум  кинетнкалык энергиясын  есептеуге болады.

Ф отоэф ф ект замдары

Тәжірибе 

аркылы 

сырткы 

фотоэффектінің 

мынандай 

заңдары 

аныкталған:

1-замы:  Катодка  түсетін  жарыктың  спектрлік  күрамы  түракты  болғанда 

^'=соп5{  канығу  фототогының  күші  жарык  ағынына  Ф  тура  пропорционал

болады.  Жарык  ағынынын  үш  түрлі  мәндеріндегі  (Ф ,>Ф

2

>Фз)  фотоэлементтің 

вольтамперлік сипаттамалары  3-суретте көрсетілген.

3-сурет

2-заңы :  Фотоэлектрондардын  ен  үлкен  (максимум)  энергиясы  жарык 

жиілігі  өскен  сайын  сызыктык үлғаяды, бірак жарык ағынына  Ф  тәуелді емес. 

3-суреттегі  үш түрлі жарык ағынынын жиілігі  бірдей,  сондықтан ен үлкен 

кинетикалык энергиялары және бөгелтуші  потенциалдар айырымы  бірдей 

болады.

3-заны :  М еталлға  түсірілген  жарык  жиілігін  біртіндеп  азайткан  кезде

фотоэффект күбылысы  байкалмайтын ен аз жиілік  V  тіп  әрбір металға тән.Бүл 

жиілікті  фотоэффектінін  дгь/ЛАТд/е/у  деп  атайды.  Егер катодка түскен сәуленің

жиілігі  кызыл  шектен  үлкен  немесе  тең  ( м > і /   ,ті{п)  болса,  онда  фотоэффект 

байкалады,ал  ( ^^ <  ^'  тіп) болса, фотоэффект байқалмайды.

Ең төменгі  жиілікке 

тіп  ең үлкен толкын үзындығы  сәйкес  келеді:

С

(3)

мүнда  С  -  вакуумдағы жарык жылдамдығы, С-3- ІО^ м/с.

Ф отоэф ф ект зан д ары н   түсіндіру

Фотоэффект  занын  жарыктың  кванттык  теория  негізінде  Эйнштейн 

түсіндірген  болатын.Бүл  теория  бойынша  жарыктын  шығуы,  жұтылуы  және 

таралуы  электромагниггік  толкыннын  үзік-үзік  порциясы-квант  түрінде  С 

жылдамдықпен  козғалады.Осы  квантқа  жарыктың  кіші  бөлшегі  түрінде  мән 

бере  карап  жарык  фотоны  деп  атаған.  Фотон  энергиясы  мына  өрнекпен

------------------

аныкгалады:

Е ф = һ^^,^ 

(4)

мүнда  һ=6,62-10'^"  дж -с-П лан ктүрақты сы ;

- жарык толкынынын жиілігі.

Фотоннын  жүтылу  энергиясы  тек  бір  ғана  электронға  беріледі.  Бүл 

энергиянын  бір  бөліһ  электроннын  заттан  шығуы  жүмысына  жүмсалады,  ал 

калған  бөлігі  кинетикалык  энергия  түрінде  электронға  беріледі.  Энергиянын 

сақталу  заңы  бойынша  квант  энергиясы  үшін  Эйнштейн  теңдеуі  деп  аталатын 

мына ернекті жазуға болады:

(5,

Электронның шығу жүмысы  Ашыг  заттың табиғатына және казіргі күйіне 

тәуелді.  Берілген  фотокатод  үшін  шығу  жүмысы  түракты  шама.  Эйнштейннің 

теңдеуінен  катодтан  үшып  шыккан  электрондардың  максимум  кинетикалык 

энергиясы жарык жиілігіне тура пропорционал (фотоэффектінің  1-заңы).

Осы  теңдеуден  фотоэффект  күбылысының  байқалуы  фотон  энергиясы 

һ м   электроннын  шығу  жүмысынан  үлкен  не  оған  тең  болган  да  (һ!^>Аишг) 

орындалатыны  көрінеді.  Егер  һ^^  <Ашығ  болса,  онда  электронның  металдан 

шығуына  фотон  знергиясы  жеткіліксіз  болады  да,  фотоэффект  күбылысы 

байкаямайды.  Сондыктан  фотоэффект  байкалатын  фотоннын  ен  аз  энергиясы 

шығу жүмысына тең (һ  =Ашыг). зл фотоэффектінің кызыл шегі  мына өрнекпен 

анықталады:

(6 )

Фотозффектінің  кызыл  шегі  электронның  шығу  жүмысына,  яғни  катод 

затынын табиғатына тәуелді.  Сондыктан  әр металдын өзіне тән  кызыл  шегі  бар 

(фотоэффектінің  3-заны).

Жарык  ағыны  бірлік  уакыт  ішінде  бетке  келіп  түсетін  фотондардын 

санымен аныкталалы.

Бірлік  уакыт  ішіндегі  катодтан  белініп  шыккан  электрондардың  саны, 

немесе  канығу  тоғынын  шамасы  жарык  ағынына  тура  пропорционал 

(фотоэффектінің  і -заңы).

^ 

'  '

Экспериментт)к кондыргының  сипаттамасы

Фотоэлементті  электр  тізбеһне  косу  сұлбасы 

4-суретге  көрсетілген. 

Фотоэлемент  -  Ф,  жарык  сүзһсі  -  С,  шырак  көзі  /қыздыру  шамы/  Ш 

жәшік 

ішіне орналаскан.  Жарык  жарык сүзгісінен өтіп  монохромат жарықка айналып 

фотоэлементке түседі.

Микроамперметр  //А   фототок  күшін,ал  вольтметр  V  фотоэлементтегі 

кернеуді  өлшейді.  Потенциометр 

П 

фотоэлементтеһ  кернеудің  мәнін 

өзгертеді. Ауыстырып косқыш К аркылы кернеудің таңбасын өзгертуге болады: 

жағдайда  фотоэлементке  оң  кернеу  беріледі  /анодқа-  оң,  катодка-теріс/,  П- 

жағдайда теріс кернеу беріледі  /анодка-теріс,  катодка -  оң/.  Т[  тумблері ток кезі 

Ш  шамына  косылады,  ал 

тумблері  аркылы  фотоэлементке  кернеу  беріледі. 

Трансформатормен  косылған реостат Р шамның кызуын өзгертеді.

Жүмысты  орындау тәртібі:

Вакуумдык фотоэлементтің  вольтамперлік сипаттамасын аныктау 

[.  К  ауыс^ырып  коскышты  I  -  жағдайға  коямыз.  Т[  тумблері  аркылы  Ш 

шамын тізбекке  косамыз.

2.  Р 

реостат  аркылы  шамды  максимал  кызуына  коямыз  /фотоэлементке 

максимал жарык ағыны  Ф,  түседі /.

3.  Потенциометр  аркылы  кернеуді 

У=0 

коямыз.  Микроамперметрмен 

фототок күшін өлшейміз.

-О  

о _

Ь

о

сц

о

4.  Потенциометр  арқылы  кернеуді 

I  вольтқа 

көтере  отырып,  фототок 

күш інінмәнін  і-кестеге  жазамыз.

5.  Потенциометрлін  жылжыма  түткасын  жылжыту  аркылы  кернеуд)  4 = 0  

коямыз.

К  ауыстырып коскышты  II - жагдайға коямыз.

6. Фотоэлементтегі теріс  кернеуді көбейтіп фототок  1=0 

кезіндегі тежеуші 

кернеудіит  аныктап,  м ән ін терістан б асы м ен і-кестеге  жазамыз.

7.  Р  реостат  аркылы  жарык  ағынын  кемітіп,  Ф ^ ,  Ф з 

жарық  агындары 

м әнінесәйкестәж ірибені  /2-6пункт6ойы нш а/  кайталаймыз.

8.  Кестеде  берілгенге  сүйене  отырып  фототок  күшінің  !  кернеуге  Ы 

тәуелділігінін графигін саламыз.

1-кесте

ф ,

0

1

0

Ф 2

0

1

0

Фз

и

0

1

0

Электронның шығу жүмысы мен фотоэффектінің кызыл шегін аныктау

1.  К  ауы сты рыпкоскы ш ты  11-ж ағдайғакоям ы з.  Р  реостатарқы лы ш ам ды  

максимал кызуына коямыз.

2.  Фотоэлементгегі  теріс  кернеуді  көбейтіп  фототок  1=0  кезіндегі  тежеуші 

кернеуді 

табамыз.

Тәжірибені  әртүрлі 

жарык 

сүзгісі  үшін  кайталаймыз,  берілгенді  2- 

кестеге жазамыз.

10

2-кесте

№

! 

А

7

-

3.  Тәжірибе бойынша электронның максимал энергиясын:

электронның шығу жұмысын:

және

фотоэффектінін кызыл шегін есептеп шығарамыз: 

Ас

*

4 . . .

Бакы.іау  сүрактары

!  Фотоэффект күбылысы дегеніміз  не?  Оның кандай түрлері  бар?

2.  Фотоэффектінін зандары  кандай?

3.  Толкын  үзындығы  мен фотонның жиілігі  өзара калай  байланысты?

4.  Фотоэффект үшін  жазылған  Эйнштейн теңдеуін жазып түсіндір.

5.  Фотоэффектінің кызыл шегі дегеніміз не және ол кандай  шамаларга тәуелді?

6.  Фотоэлектроннын  ең  үлкен  (максималды)  энергиясы  кандай  шамаларға 

тәуелді?

7.  Осы  жүмыстағы  фотоэффектінің  кызыл  шегін  аныктау  кандай  әдіске 

негізделген?

Пайдаланган эдебиеттер

^  Фриш  С.Э.,  Ти.морева  А.В.  Курс  общей  физики.  Т.З.  М.:  Физматгиз,!959. 

367с.

2. Трофимова Т.И.  Курс физики.  М.:  Высш.  шк.  1985.  299с.

3. Абдуллаев Ж.  Физһка курсы.  Алматы:  Білім,і994.  258-26І-6.

АГ^^/гие

0777жга?Аж  А-ДДЯ7Т&/А'  гея^оагор  (лазер) 

- 

бүл 

қыздыру 

шамы, 

люминесцения  шамы,  лаулаган  жалын,  табиғи  жарык  беруші  (ай,  күн)  жарык 

көздерінен айырмасы бүтіндей өзгеше жарык көзі.

"Лазер"  сөзі  ағылшыннын  !і§һ{  АтрііЯса^іоп  Ьу  5):іти]а(её  Е тіззіо п   оҒ 

К.а^іа^іоп  деген  сөздерінің  бас  әріптерінен  ЬА8ЕЕ.  қурылған,  "жарыкты  еріксіз 

сәуле шығару аркылы күшейту"'дегенді білдіреді.

Қазірғі 

кезде 

инфракызыл, 

көзге 

көрінетін 

және 

ультракүлгін 

сәулелерінін  толкын  үзьшдығы  диапазондарын  шығара  алатын  лазерлер 

жасалды.  Физиктер  Н.Г.Басов,  А.М.Прохоров  және  америка  физиғі  Ч.Таунс 

1964  жылы  лазер  жасаудын  жана  әдістерін  ойлап  тапканы  үшін 

Нобель 

сыйлығын  алды.  Лазердің  түрлері  оньщ  катты  денелерден,  шалаеткізгіштен, 

сүйыктардан  және  газдардан  жасалуына  караі^  белінеді.  Энергия  түрлерін 

пайдалануына  карай  лазерлер  оптикалық,  жылулык,  химиялык,  электрлік,  ал 

жүмыс істеу тәсіліне карай үздіксіз және  импульсті болып бөлінеді.

Лазер  сәулелері  кеңістікте  өте  түзу  таралатынымен  ^рекшеленеді.  Газ 

лазерінен  шықкан  сәуле  шоғынын  бір  -   бірінен  алшақтауы  тек  бірнеше 

бүрыштык  минуттарды  қүрайды,  прожектордын  жарығының  бүрыштық 

алшактауынан  ІООО  есеаз.

Газ  немесе  катты  денелерден  жасалынған  лазерлер  сәулесінің  сызықтық 

спектрінің ені кәдімғі  жарык кезінің  спектр сызықтарынын енінен кептеғен  есе 

аз.  Қазіргі  уақытта спектр сызығынын  ені  бірнеше  Герц болатын жаңа лазерлер 

жасалды,  ал  натрий  буының  спектрінін  сары  сызығының  ені  2х!0^  Гц  екені 

белғілі. 

/

Лазерлер  когеренттілігі  ете  жоғары  дәрежедегі  сәуд;е  шығарады.  Бүл  - 

лазерлердегі 

заттын 

әртүрлі 

атомдарының 

шығарған 

электромагниттік

Л Я с - Т У е )  лй?бумн/у( 

з^ж/яй;)^

толкындарының  фазалары  бірдей  болып,  езара  үндесі^)  тұратынын  көрсетеді. 

Баска  жарык  көздерінің  шыгарган  сеулелері  когерентгі  емес.  Лазер  сәулелері 

өзінің  таралу  багытының  үзындығы  бойында  өзара  когерентті  болып  кала 

береді.

Көптеген лабораториялык және  практикалык максаттар үшін Гелий-Неон 

/Н е-^ е/  лазерін  пайдалану  колайлы,  себебі  олар  үздіксіз  және  көзге  керінетін 

сәулелер  спектрін  шығарады.  Не-Ме  лазер  сәулесінің  толкын  үзындығы

0,6328 мкм.

Егер  зат  эиергияны  жүтса  /мысалы,  фотонды/,  онда  оның  атомы  мен 

молекулалары  өз  бойына  артык  энергияны  жинап  беймаза  күйге  түседі  /Іа- 

сурет/.  Атом,  ион  немесе молекула өзінің осы беймаза күйінен энергиясы төмен 

деңгейдегі  күйіне  ез  ырқымен  тосынан  /спонтанно/ және  еріксіз  /вынужденно/ 

ауыса  алады,  ауысу  кезінде  шыгарган  сәуле  ж ніліһ  мына  ернек  бойынша 

аныкталады 

(  ]-сурет):

һу=Е2-Е,  , 

( і)

мүнда:  һ- Планк түрактысы;

V -  сәуленің тербеліс жиілігі;

Е2, Е]  -  атомның энергиялык деңгейлері; 

һу - квант энергиясы.

Бүл  энергиялык  деңгейлердің  арасындағы  ауысу  кезінде  атомға  сыртқы 

ортадан  әсер  еткен  электромагниттік  өрістің  квантына  косарлана  косымша 

квант  шығады.  Өз  ыркымен  тосынан  сәуле  шығару  квантының  бағыты 

кезкелген  жакка  бағыталса,  еріксіз  сәуле  шығару  квантының  бағыть[  сырткы 

электромагниттік  өріс  квантьінын  бағытына  сәйкес  келеді  /1,в-сурет/  және 

сырткы сәуле кванты мен  еріксіз шыккан сәуле квантының тербелістерінің

а /   к в а н т т ы н   ж ү т ы л у ы

< 3 -

б/ тосын сәуле  шығару

в/ еріксіз сәуле  шығару 

----------

-ЛЛЛЛА-^

-ЛЛ Л Л /-^  Һу 

-Л/\Л/\Л -^  һ^

- 

энергиясы  Е і,  мазасыздамбаған  атом 

( 2 )   - 

энергиясы  Е і,  беймаза  атом

1  - сурет

фазасы,  поляризациясы  және  жиіліктері  бірдей,  яғни екі  квант бір-біріне толык 

уксас  болады.  Сыртқы  электромагниттік  сәуленін  әсерінен  атомнын  энергиясы 

тек жогарғы деңгейден төменгі денгейге ғана ауысып коймайды, сонымен катар 

төменгі  денгейден  энергиясы  жоғарғы  деңгейге  де  ауыса  алады,  тек  соңғы 

жағдайда квант жүтылады.

Квант  энергиясын  шығаратын  ауысулар  мол  болуы  үшін  энергиялык 

деңгейі  Е  жоғары  және  өзыркымен  төменгі  деңгейге  ауыса  алатын  беймаза 

күйдегі,  яғни  жогары  энергиялык  денгейдегі  атомдар  мен  молекулалардын 

саны көп болуы  шарт.

Термодинамикалык 

тепе 

тендік 

кезінде 

молекулаларды 

олардың 

энергиялык күйіне  карай жікгеу Больцман  ззңы бойынша аткарылады.

(

2

)

мұнда: 

N - ортадағы энергиялык күйі Е температурасы Т 

молекулалардың саны;

N

0

  - осы  Т температурадағы  негізгі  күйдің молекулаларының саны.

Егер  кандайда  болмасын 

әдіспен 

заттын  көп 

молекулаларының 

энергиялык  деңгейі  молайтылған  /инверсионная  населенность/  болса,  онда 

жоғаргы  деңгейден  төменгі  деңгейге  ауысудың  саны  көп  болады.Бүл  -  затка 

келіп  түскен  сәуле  квантының  /һ^/  сол  заттың  ішінде  езіне  үксас  кванттарды 

/һү/  туғызып көбейуіне, яғни затка сырттан түскен сәуленің күшейуіне әкеледі.

анод

алдынгы айна 

Р=50%

жазық

поляризация- 

ланған  сәуле

катод

белсенді элемент

Н е-^е қоспасы

артқы аина 

Р=100%

2 - сурет

!6

Заттың жоғарғы денгейлі  энергиялык күйін  белсенді  күй деп, ал  белс 

күйдегі  ортаны  белеенді  орта  деп  атайды  Жогары  энергиялык  деңгейі 

молекулалар  /атом  немесе  иондар/  санын  сырттан  энергия  беру  аркылы 

көбейтуді  инверсиялык ныгыздау /накачка/ деп атайды.

Нығыздау  тәсілдері  әртүрлі  және  ол  лазер  түрлеріне  байланысты. 

Нығыздау  процесін  үш  деңгейлі  лазердін  мысалынан  керуге  болады 

/  3  - 

сурет/. 

Молекулалар  і  -  энергиялык  деңгейден 

II  -  энергиялык  деңгейге 

ауысуы үшін,  сыртган  келген сеуле квантыйың көмегімен, электрондар  ауелі  1

-  энергиялык  денгейден 

III  -  деңгейге  ауысады.  Бүл 

Ш   -  деңгейдегі 

электронның түрактап түру уакыты,  яғни  электроннын бүл беймаза  күйде болу 

уақыты  өте аз  /!^)0'^ с/  болуы каж ет..

Электрондардын  II  -  деңгейде  түрактау  уакыты 

с  дан  көбірек 

/айталык 

с/, сондыктан электрондар өзыктиярымен сәуле фотонын

!П

нығыздау

- Л Л Л / ' ^

лазер сеулесі

-ЛЛЛЛЛ^

3 - сурет

шыгармай-ак 

Ш  -  деңгейден  беймаза  уакыты  көбірек 

II  -  деңгейге 

/метастабильный/  ауысып жиналады  және ете күшті нығыздау болған кезде  II - 

денгейдегі  элоктрондар  саны  I  -  деңгейдегіден  кеп  аріы к  болады.  Бүл  ІІ  -

!7

леңгейден  I  - денгейге  электрондардын ауысып,  фотон тасқынын  шыгаруынын 

мүмкіндіһн камтамасыз етеді.

Дегенімен  оптикалық тербелістін туындауы тек  еріксіз  сеуле  шығару  бір 

рет  кана  пайда  болмай,  одан  кейін  де  жиі  қайталанып  отырған  жағдайда  ғана 

өтеді.  Бүл  процесс  өтуі  үшін  белсенді  орта  оптикалык  резонатор  /үндестірһш / 

ішіне орналасады.

Оптикалык  үндестірһш   -  екі  айнаның  арасына  орналастырған  белсенді 

орта  /4  -сурет/.  Айналар  жазык,  дөңес  және  ойыс  болып  келеді.  Олардың 

сәулені  шағылыстыру  коэффициентінің  жоғары  болуы  -  аса  керек  касиет. 

Мүнда  шағылыстырғыш  қабілеті  жоғары  және  жарықты  жүтпайтын,  кеп 

қабатты диэлектрлік жамылғышы  бар айнапар қолданылады.

Бірінші  айнанын  сәулені  шағылыстырғыш  коэффициенті  0,5  /50%/,  ал 

екінші  айнанікі  0,98  /ж=100%/ тен  кем болмайды. Айналардын оптикалық

белсенді 

орта

/

жартылаи 

мөлдір айна 

р=50%

мелдір 

емес айна 

р=100%