Лазерлер.

Белсенді орталарда сәуле шығарудың күшею эффектісі оптикалық кванттық генераторларда немесе лазерлерде қолданылады.

Лазерлер мынадай түрлерге бөлінеді:

• белсенді орта үлгісі бойынша (қатты денелі, газдық, жартылай өткізгішті және сұйықтық);

• толықтыру әдісі бойынша (оптикалық, жылулық, химиялық, электроионизациялық және т.б.);

• генерациялау тәртібі бойынша (үзіліссіз немес импульстік әсер ету).

Алғашқы қатты денеден тұратын – рубиндік (сәуле шығарудың толқын ұзындығы 0,6943нм) – лазер үш деңгейлік схема бойынша жұмыс істейді: рубин кристалын (АI₂О₃-ті (-0,03)-тік Сr³⁺ қоспасымен) толтыру хром атомдарын қысқа өмір сүретін 3 күйге (13 өту) ауыстырады, ол кезде сәуле шығарылмайтын ұзақ өмір сүретін (мегатұрақты) 2 күйге ауысу пайда болады, яғни 2 деңгейде хром атомдарын «жинақтау» жүреді.

Толтыру қуаты жеткілікті болған кезде, олардың шоғыры 2 деңгейде 1 – ші деңгейге қарағанда анағұрлым үлкен, яғни 2 деңгейде инверсиялық қоныстандыру пайда болады (берілген жүйедегі 31 өздігінен ауысулары шамалы).

21 өздігінен ауысу кезінде кездейсоқ пайда болған әрбір фотон, белсенді ортада екінші реттік фотондар ағынын туғыза алады.

Лазерлік генерацияны бірнеше есе күшейту үшін оптикалық резонатор қарапайым жағдайда араларына белсенді орта (кристалл немесе газы бар кюветка) орналастырылатын, жалпы оптикалық өсте бір-біріне қаратып параллель (немесе ойыс) етіп орналастырылған қос айна қолданылады.

Кристалл немесе кюветка өсіне бұрыш жасай қозғалған В және С фотондары белсенді ортадан бүйір жақ беті арқылы шығады. Оптикалық өс бойымен қозғалған А фотоны, айналардан бірнеше рет шағылып және белсенді ортада күшейтіліп, қатал бағытталған когерентті фотондардың жарық шоғырын жасай отырып, жартылай мөлдір айна арқылы шығады.

Лазерлік сәуле шығарудың қасиеттері:

1. Уақыттық және кеңсітіктік когеренттілік. Когеренттілік уақыты , ол когеренттілік ұзындығына м сәйкес келеді, яғни ол кәдімгі жарық көздеріне қарағанда жеті есе үлкен.

2. Қатаң монохроматтылық .

3. Энергия ағынының тығыздығы үлкен (сипатталатын шамалар Вт/м²).

4. Шоғырдың шашырау бұрыштарындағы айырмашылық өте аз (дәстүрлі оптикалық жарықтандыру жүйелерімен мысалы, прожектормен салыстырғанда 10⁴ есе аз).

Бақылау сұрақтары.

1. Кванттық электрониканың элементтері.

2. Жұтылу құбылысы.

3. Тосын және мәжбүр сәуле шығару.

4. Лазерлердің сәуле шығару қасиетері.

5. Лазерлердің түрлері.

1. Кванттық теориядағы сутегі атомы мен молекуласы.

2. Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуі.

3. Сутегіге ұқсас атомдар.

4. Энергетикалық деңгейлер. Кванттық сандар.

5. Паули принципі.

6. Сутегі молекуласы.

Атомдар мен молекулалардың спектрлері.

24-лекция.

Кванттық статистиканың элементтері. Фазалық кеңістік. Элементар ұяшық. Күйлердің тығыздығы. Бозе-Эйнштейн және Ферми-Дирактың кванттық статистикасы.

Теңбе – тең бөлшектердің ажыратылмаушылық принципі. Фермиондар мен бозондар

Кванттық физикада физикалық қасиеттері-массасы, электрлік заряды, спині және т.т. бірдей болатын бөлшектер теңбе – тең болып табылады.

Теңбе – тең бөлшектердің ажыратылмаушылық принципі: теңбе – тең бөлшектерді эксперимент арқылы ажырату мүмкін емес.

Кванттық физиканың бұл іргелі (негізі болып табылатын) принципінің классикалық физикада аналогы жоқ. Классикалық механикада бірдей бөлшектерді кеңістіктегі орындары бойынша ажыратуға және олардың траекторияларын бақылауға болады. Кванттық механикада траектория ұғымының мағынасы болмайтындықтан, бөлшектер толығымен өздерінің жекешеленуін жоғалтып ажыратылмайтын болады.

Ажыратылмаушылық принципі математикалық түрде былай жазылады:

мұндағы және сәйкес бірінші және екінші бөлшектердің спиндік және кеңістіктік координаталарының жиынтығы.

Екі жағдай болуы мүмкін: және

Бірінші жағдайда жүйенің толқындық функциясы бөлшектер орын ауыстырғанда таңбасын өзгертпейді: мұндай функция симметриялы деп аталады.

Екінші жағдайда бөлшектер орын ауыстырған кезде толқындық функцияның таңбасы өзгереді, мұндай функция антисимметриялы деп аталады.

Сонымен уақыт өтуіне байланысты симметрия сипаты өзгермейді, яғни симметриялық немесе антисимметриялық қасиет-берілген бөлшек типінің белгісі.

Толқындық функцияның симметриясы бөлшектің спині арқылы анықталады.

Спиндері жартылай бүтін бөлшектер (мысалы, электрондар, протондар, нейтрондар) антисимметриялы толқындық функциямен сипатталады және Ферми-Дирак статистикасына бағынады: бұл бөлшектер фермиондар деп аталады.

Спині нөлге немесе бүтін санға тең бөлшектер (мысалы, -мезондар, фотондар) симметриялы толқындық функция сипатталады және Бозе-Эйнштейн статистикасына бағынады, бұл бөлшектер бозондар деп аталады.