Қаттиқ жисмли қуёш нури билан ишлайдиган неодим лазерлари

ФИЗИКА

-

ТЕХНИКА

ИНСТИТУТИ

,

ИОН

ПЛАЗМА

ВА

ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ

ИНСТИТУТИ

,

САМАРҚАНД

ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ

ҲУЗУРИДАГИ

ИЛМИЙ

ДАРАЖАЛАР

БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017.

ҒМ

/

Т

.34.01

РАҚАМЛИ

ИЛМИЙ

КЕНГАШ

ИОН

ПЛАЗМА

ВА

ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ

ИНСТИТУТИ

ПАЙЗИЕВ

ШЕРМАХАМАТ

ДАЛИЕВИЧ

ҚАТТИҚ

ЖИСМЛИ

ҚУЁШ

НУРИ

БИЛАН

ИШЛАЙДИГАН

НЕОДИМ

ЛАЗЕРЛАРИ

01.04.11 –

Лазер

физикаси

ФИЗИКА

-

МАТЕМАТИКА

ФАНЛАРИ

ДОКТОРИ

(DSc)

ДИССЕРТАЦИЯСИ

АВТОРЕФЕРАТИ

ТОШКЕНТ

– 2017

2

УДК

: 535.3

Докторлик

(DSc)

диссертацияси

автореферати

мундарижаси

Оглавление

автореферата

докторской

(DSc)

диссертации

Contents of the of Doctoral (DSc) Dissertation Abstract

Пайзиев

Шермахамат

Далиевич

Қаттиқ

жисмли

қуёш

нури

билан

ишлайдиган

неодимлазерлари

................................

3

Пайзиев

Шермахамат

Далиевич

Твердотельные

неодимовые

лазеры

с

солнечной

накачкой

………….......…………….

27

Payziyev Shermakhamat Daliyevich

Solar pumped solid state neodymium lasers..………............................................................

51

Эълон

қилинган

ишлар

рўйхати

Список

опубликованных

работ

List of published works …………………………………….…………………….......…...... 55

3

ФИЗИКА

-

ТЕХНИКА

ИНСТИТУТИ

,

ИОН

-

ПЛАЗМА

ВА

ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ

ИНСТИТУТИ

,

САМАРҚАНД

ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ

ҲУЗУРИДАГИ

ИЛМИЙ

ДАРАЖАЛАР

БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017.

ҒМ

/

Т

.34.01

РАҚАМЛИ

ИЛМИЙ

КЕНГАШ

ИОН

ПЛАЗМА

ВА

ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ

ИНСТИТУТИ

ПАЙЗИЕВ

ШЕРМАХАМАТ

ДАЛИЕВИЧ

ҚАТТИҚ

ЖИСМЛИ

ҚУЁШ

НУРИ

БИЛАН

ИШЛАЙДИГАН

НЕОДИМ

ЛАЗЕРЛАРИ

01.04.11 –

Лазер

физикаси

ФИЗИКА

-

МАТЕМАТИКА

ФАНЛАРИ

ДОКТОРИ

(DSc)

ДИССЕРТАЦИЯСИ

АВТОРЕФЕРАТИ

ТОШКЕНТ

– 2017

4

Докторлик

диссертацияси

мавзуси

Ўзбекистон

Республикаси

Вазирлар

Маҳкамаси

ҳузуридаги

Олий

Аттестация

комиссиясида

B2017.2.DSc/FM52

рақам

билан

рўйхатга

олинган

.

Докторлик

диссертацияси

Ион

-

плазма

ва

лазер

технологиялари

институтида

бажарилган

.

Диссертация

автореферати

икки

тилда

(

ўзбек

,

рус

)

Илмий

кенгашнинг

веб

-

саҳифаси

(fti-kengash.uz)

ва

“ZiyoNet”

ахборот

-

таълим

порталига

(www.ziyonet.uz)

жойлаштирилган

.

Илмий

маслаҳатчи

:

Бахрамов

Сагдилла

Абдуллаевич

физика

-

математика

фанлари

доктори

,

профессор

Расмий

оппонентлар

:

Ашуров

Мухсин

Хурамович

физика

-

математика

фанлари

доктори

,

академик

Кодиров

Мумин

Кодирович

физика

-

математика

фанлари

доктори

Нематов

Шерзод

Каландарович

физика

-

математика

фанлари

доктори

Етакчи

ташкилот

:

Ўзбекистон

Миллий

университети

Диссертация

ҳимояси

Физика

-

техника

институти

,

Ион

плазма

ва

лазер

технология

-

лари

институти

,

Самарқанд

давлат

университети

ҳузуридаги

фан

доктори

илмий

даража

-

сини

берувчи

DSc.27.06.2017.FM/T.34.01

рақамли

Илмий

кенгашнинг

2017

йил

«_14__»___

ноябр

______

соат

15

00

_

даги

мажлисида

бўлиб

ўтади

. (

Манзил

: 100084,

Тошкент

шаҳри

,

Бодомзор

йўли

кўчаси

, 2

б

-

уй

.

Тел

./

факс

: (99871) 235-42-91, e-mail:

lutp@uzsci.net,

Физика

-

техника

институти

мажлислар

зали

).

Докторлик

диссертацияси

билан

Физика

-

техника

институти

Ахборот

-

ресурс

марказида

танишиш

мумкин

(14

рақам

билан

рўйхатга

олинган

).

Манзил

: 100084,

Тошкент

шаҳри

,

Бодомзор

йўли

кўчаси

, 2

б

-

уй

,

Физика

-

техника

институти

.

Тел

./

факс

:

(99871) 235-30-41.

Диссертация

автореферати

2017

йил

«____» ___________

куни

тарқатилди

.

(2017

йил

«____»_____________

даги

_22_

рақамли

реестр

баённомаси

)

С

.

Л

.

Лутпуллаев

Илмий

даражалар

берувчи

бир

марталик

илмий

кенгаш

раиси

,

ф

.-

м

.

ф

.

д

.,

профессор

А

.

В

.

Каримов

Илмий

даражалар

берувчи

бир

марталик

илмий

кенгаш

илмий

котиби

,

ф

.-

м

.

ф

.

д

.,

профессор

C.

С

.

Қ

урбанов

Илмий

даражалар

берувчи

бир

марталик

илмий

кенгаш

қошидаги

илмий

семинар

раиси

,

ф

.-

м

.

ф

.

д

.

5

КИРИШ

(

докторлик

диссертацияси

аннотацияси

)

Диссертация

мавзусининг

долзарблиги

ва

зарурати

.

Жаҳон

миқёсида

бугунги

кунда

жадал

ривожлананаётган

йўналишлардан

бири

бўлган

қуёш

нури

энергиясини

лазер

энергиясига

айлантирувчи

қурилмаларни

яратиш

сохасида

мухим

физик

муаммолардан

бири

,

кенг

полосали

қуёш

спектрини

лазер

нурига

айлантириш

самарадорлигини

ошириш

имконини

берувчи

маълум

физик

хоссаларга

эга

бўлган

янги

актив

материалларни

танлаш

ва

уларни

қўллаш

жараёнида

келиб

чиқадиган

салбий

термик

эффектларни

олдини

олишдан

иборат

.

Шу

нуқтаи

назардан

материалшунослик

ва

бошқа

замонавий

оптика

ва

лазер

физикаси

соҳасида

эришилган

ютуқлар

асосида

қуёш

нури

энергиясини

лазер

нури

энергиясига

айлантириш

жараёнининг

янги

самарали

йўлларини

тадқиқ

этиш

мухим

вазифалардан

бири

бўлиб

қолмоқда

.

Ҳозирги

кунда

жаҳонда

қуёш

нури

билан

оптик

дамланадиган

лазерлар

,

яъни

кенг

полосадаги

қуёш

нурини

когерент

,

монохроматик

ва

йўналтирилган

лазер

нурига

айлантирувчи

қурилмаларнинг

муаммоларини

тадқиқ

қилиш

лазер

нурининг

санаб

ўтилган

хусусиятлари

туфайли

қуёш

нури

энергиясини

лазер

энергиясига

айлантириш

,

қуёш

концентраторлари

фокусида

олиш

мумкин

бўлган

зичликлардан

сезиларли

даражада

катта

бўлган

ёруғлик

оқимини

олиш

ва

амалиётга

қўллаш

имконини

беради

.

Бу

борада

мақсадли

илмий

тадқиқотларни

амалга

ошириш

,

жумладан

,

юқори

самарадорликка

эга

бўлган

қуёш

нури

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазерларни

ишлаб

чиқиш

ва

яратиш

;

материалшунослик

ва

бошқа

замонавий

фанлар

соҳасида

эришилган

ютуқлар

асосида

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазерлар

самарадорлигини

оширишнинг

янги

йўлларини

излаш

ва

аниқлаш

мухим

вазифалар

ҳисобланади

.

Мустақиллик

йилларида

мамлакатимизда

қуёш

нури

билан

ишлайдиган

лазер

физикаси

соҳасини

самарали

ривожлантириш

борасида

турли

физик

ҳодисалар

ва

жараёнларни

қамраб

олган

лазер

қурилмаларининг

бир

неча

турларини

яратишда

фундаментал

ахамиятга

эга

бўлган

тадқиқотларга

алохида

эътибор

берилмоқда

.

Бу

борада

маълум

оптик

хоссаларга

эга

бўлган

сифатли

янги

материаллар

базасида

,

ҳамда

замонавий

талаблар

асосида

кристалларга

қўшимча

элементларни

киритиш

билан

самарадорликни

ошириш

йўлларини

мукаммаллаштириш

борасида

сезиларли

натижаларга

эришилмоқда

.

Ўзбекистон

Республикасини

ривожлантиришнинг

бешта

устувор

йўналиши

бўйича

Ҳаракатлар

стратегиясини

келгусида

амалга

ошириш

чора

-

тадбирлари

тўғрисида

»

ги

Фармони

асосида

қайта

тикланувчи

энергия

манбаларидан

фойдаланиш

сохасидаги

фундаментал

изланишлар

натижасида

янги

технологияларни

жорий

этиш

орқали

қуёш

нури

билан

ишлайдиган

лазерлар

физикаси

сохасини

янада

ривожлантириш

мухим

ахамиятга

эга

.

Ўзбекистон

Республикаси

Президентининг

2017

йил

7

февралдаги

ПФ

-

4997-

сонли

«

Ўзбекистон

Республикасини

янада

ривожлантириш

бўйича

Ҳаракатлар

стратегияси

тўғрисида

»

ги

Фармони

ва

2010

йил

15

декабрдаги

6

ПҚ

–1442-

сон

«2011–2015

йилларда

Ўзбекистон

Республикаси

саноатини

ривожлантиришнинг

устувор

йўналишлари

тўғрисида

»

ги

ва

2017

йил

17

февралдаги

ПҚ

-2789-

сон

«

Фанлар

академияси

фаолияти

,

илмий

тадқиқот

ишларини

ташкил

этиш

,

бошқариш

ва

молиялаштиришни

янада

такомиллаш

-

тириш

чора

-

тадбирлари

тўғрисида

»

ги

Қарорлари

ҳамда

мазкур

фаолиятга

тегишли

бошқа

меъёрий

-

ҳуқуқий

ҳужжатларда

белгиланган

вазифаларни

амалга

оширишда

ушбу

диссертация

тадқиқоти

ўзининг

муносиб

улушини

қўшади

.

Тадқиқотнинг

республика

фан

ва

технологиялари

ривожланиши

устувор

йўналишларига

мослиги

.

Мазкур

тадқиқот

республика

фан

ва

технологиялари

ривожланишининг

АТД

-4 – «

Қайта

тикланувчи

энергия

манбаларидан

фойдаланиш

усулларини

ривожлантириш

,

нанотехнология

,

фотоника

ва

бошқа

илғор

технологиялар

асосида

технологиялар

ва

қурилмалар

яратиш

»

устувор

йўналишига

мувофиқ

бажарилди

.

Диссертация

мавзуси

бўйича

хорижий

илмий

-

тадқиқотлар

шарҳи

1

.

Қуёш

нурини

лазер

нурига

айлантиришни

тадқиқ

этиш

ва

ўзгартириш

самарадорлигини

бирламчи

,

иккиламчи

концентрация

қилувчи

тизимларни

,

световодларни

қўллаш

,

актив

муҳитга

қуёш

нурини

самарали

ўзгартиришни

таъминлайдиган

сенсибилизаторларни

ва

қуёш

нури

частотасини

ўзгартириб

берувчи

бошқа

механизмларни

киритиш

бўйича

ишлар

илғор

давлатларнинг

илмий

марказларида

,

университет

ва

илмий

-

текшириш

институтларида

қизғин

илмий

-

тадқиқот

ишлари

олиб

борилмоқда

:

жумладан

Institute for

Laser Technology (

Япония

), National Institute for Laser, Plasma and Radiation

Physics (

Румыния

) Tokyo Institute of Technology (

Япония

),Ben–Gurion

University of the Negev (

Исроил

), Institute of Laser Engineering, Osaka

University (

Япония

), Minia University (

Миср

),

Физико

-

энергетический

институт

(

Россия

), Universidade Nova de Lisboa (

Португалия

), PROMES-

CNRS (

Франция

), National Research Institute of Astronomy and Geophysics

(

Миср

), Weizmann Institute of Science(

Исроил

), Technical University of Berlin

(

Германия

).

Қаттиқ

жисмли

қуёш

нури

билан

ишлайдиган

неодимли

лазерлар

яратиш

бўйича

дунё

миқёсида

бир

қатор

долзарб

муаммолар

ечилган

ва

қуйидаги

муҳим

илмий

натижаларга

эришилган

:

керамик

актив

элементларни

ишлаб

чиқариш

технологиясини

қўллаш

орқали

актив

ва

сенсибилизацияловчи

ионлар

концентрацияси

турлича

бўлган

янги

лазер

материаллари

олинган

лаборатория

шароитида

қуёш

нури

имитатори

билан

турли

конфигурациядаги

лазерларнинг

характеристикалари

тадқиқ

этилган

ва

лампавий

накачка

билан

катта

самарадорликдаги

лазер

генерациясига

эришилган

(

Япония

, Institute for Laser Technology);

Лиссабон

(

Португалия

)

университетида

световодларни

,

қуёш

нурини

лазер

нурига

айлантириш

самарадорлигини

оширувчи

2

ва

3

ўлчамли

иккиламчи

концентрацияловчи

тизимларни

қўллаш

орқали

бир

қатор

янги

натижалар

олинган

; National

1

Обзор

международных

научных

исследований

по

теме

диссертации

проведен

на

основе

:

https://worldwidescience.org/topicpages/s/solar+pumped+laser.html

и

др

.

источников

.

7

Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics (

Румыния

)

да

сенсибилизацияловчи

ионлардан

актив

ионларга

энергия

узатиш

самарадорлигини

концентрацияга

боғлиқ

ҳолда

тадқиқ

этиш

вақтида

бир

қатор

янги

назарий

натижалар

олинган

.

Ҳозирги

вақтда

ютиш

ва

генерация

бериш

хусусияти

юқори

бўлган

янги

композит

лазер

материалларини

қидириш

,

лазерлар

самарадорлигини

оширишга

хизмат

қилувчи

конструкцияларнинг

энг

мақбул

вариантларини

аниқлаш

,

салбий

термик

эффектларни

ва

кучайтирилган

спонтан

нурланишни

бартараф

этишнинг

қулай

ечимларини

қидириш

каби

йўналишларда

илмий

-

тадқиқот

ишлари

долзарб

бўлиб

қолмоқда

.

Муаммонинг

ўрганилганлик

даражаси

.

Қуёш

нури

билан

дамланадиган

(

накачка

)

лазер

ҳақидаги

биринчи

маълумот

1966

йилда

эълон

қилинган

.

Ўша

вақтдан

бошлаб

қуёш

билан

оптик

дамланадиган

лазерларнинг

бир

қанча

тизимлари

амалга

оширилди

.

Бу

ишларнинг

катта

қисмида

қаттиқ

жисмли

лазер

материаллари

ишлатилган

.

Уларнинг

ичида

қуёш

билан

дамланадиган

лазерлар

учун

энг

маъқули

таркибида

неодим

бўлган

кристалл

иттрий

–

алюминийли

гранат

(Nd:YAG)

бўлган

.

Лекин

ўзгартиришнинг

максимал

коэффициенти

атиги

бир

неча

фоизни

ташкил

этган

ва

шу

сабабли

бундан

олдинги

ишлар

,

асосан

,

лазернинг

чиқишдаги

қувватини

оширишга

қаратилган

эди

.

Ўзгартириш

коэффициентини

яхшилаш

мақсадида

Cr

3+

ионини

сенсибилизатор

сифатида

Nd:YAG

га

киритиш

узоқ

вақт

давомида

таъқиб

қилинди

,

чунки

бу

қуёш

нури

спектрининг

сезиларли

қисмини

қамраб

олиш

мақсадида

кенг

ютиш

полосаларини

таъминларди

.

Аммо

бу

турдаги

катта

ўлчамли

ва

юқори

концентрацияли

фаол

муҳитларни

ишлаб

чиқариш

кристалларни

ўстиришнинг

оддий

усулларида

самарали

эмас

эди

.

Кейинчалик

нанотехнологияларнинг

пайдо

бўлиши

ва

ривожланиши

Cr

3+

ионларининг

юкори

концентрациясига

эга

бўлган

,

катта

ўлчамдаги

қаттиқ

жисмли

лазер

материалларида

юқори

даражадаги

шаффофлик

ва

бир

жинслиликка

эришиш

имконини

берди

. 2008

йилда

ҳақиқий

шароитларда

Френел

линзаси

ва

Cr:Nd:YAG

керамик

лазер

муҳитидан

фойдаланган

ҳолда

қуёш

лазери

тизими

намойиш

этилди

.

Бу

Т

.Yabe

бошчилигидаги

япон

олимлари

томонидан

амалга

оширилган

.

Тажрибалар

2

метрли

(4

м

2

)

Френел

линзаси

ва

ковак

кўринишидаги

иккиламчи

қуёш

концентраторларини

уёғун

бириктириш

орқали

бажарилди

.

Аммо

дамлаш

камерасига

тушаётган

қуёш

нурининг

қуввати

-1860

Втни

ташкил

қилганида

,

олинган

лазер

нурининг

чиқишдаги

максимал

қуввати

-80

Втни

,

қуёш

нурини

лазерга

айлантиришнинг

дифференциал

ФИК

эса

4,3%

ни

ташкил

этди

.

2013

йилда

Лиссабон

университети

профессори

Dawei Liang

томонидан

0,9

м

диаметрли

Френел

линзасидан

қуёш

коллектори

сифатида

фойдаланган

холда

диаметрлари

4

мм

,

узунликлари

25

мм

бўлган

1,0

ат

% Nd:YAG

монокристалл

ва

0,1

ат

% Cr: 1.0

ат

% Nd:YAG

керамик

стерженлар

иккиламчи

концентратор

орқали

конус

шаклидаги

бўшлиқ

ичида

муқобил

оптик

дамланди

.

8

Муаллифлар

маълум

қилишганидек

,

тажрибада

қуёш

нурини

лазер

нурига

айлантириш

самарадорлиги

бўйича

Cr:Nd:YAG

керамикасида

Nd:YAG

актив

муҳитга

нисбатан

бир

оз

лекин

жиддий

бўлмаган

афзаллик

кузатилган

. Nd:YAG

стержен

ҳолида

лазернинг

максимал

қуввати

12,3

Вт

.,

Cr:Nd:YAG

керамик

стержен

ҳолида

лазернинг

максимал

қуввати

эса

13,5

Втни

ташкил

этган

.

Дунё

олимларининг

олиб

бораётган

кўп

сонли

тажрибаларига

қарамай

бугунги

кунда

қаттиқ

жисмли

лазер

фаол

муҳитларида

ҳақиқий

шароитларда

қуёш

билан

дамлаш

орқали

қуёш

нурини

лазерга

айлантиришнинг

максимал

самарадорлиги

4%

дан

кам

даражада

қолмоқда

ва

шу

сабабли

қуёш

лазерлари

ҳамон

ўз

тадбиқини

топганича

йўқ

.

Шундай

қилиб

,

қуёш

нурини

лазер

нурига

юқори

самарадорлик

билан

айлантириш

муаммоси

долзарб

вазифа

бўлиб

қолмоқда

.

Тадқиқотнинг

диссертация

бажарилган

олий

таълим

ёки

илмий

-

тадқиқот

муассасасининг

илмий

-

тадқиқот

ишлари

режалари

билан

боғлиқлиги

.

Диссертация

тадқиқоти

Ион

-

плазма

ва

лазер

технологиялари

институти

қошидаги

махсус

конструкторлик

-

технолигик

бюросининг

қуйидаги

лойиҳалари

:

№

STCU-Uzb121 (2005-2008) “

Концентрация

қилинган

қуёш

энергиясини

тўғридан

тўғри

лазер

нури

энергиясига

айлантиришнинг

энг

мақбул

технологиясини

ишлаб

чиқиш

”,

№

ФА

-

А

14

Ф

0-89 “

Катта

қуёш

печида

қуёш

билан

оптик

дамланадиган

мульти

-

элементли

лазерни

ишлаб

чиқиш

” (2009-2011),

№

А

3-

ФА

-

Ф

140 “

Қуёш

билан

оптик

дамланадиган

лазернинг

янги

юқори

самарадор

конструкциясини

ишлаб

чиқиш

” (2012-

2014),

№

А

3-

ФА

-

Ф

045 “

Катта

Қуёш

Печида

турли

хилдаги

актив

элементларни

синовдан

ўтказиш

учун

мўлжалланган

универсал

лазер

стендини

ишлаб

чиқиш

” (2015-2017)

тадқиқотлари

доирасида

бажарилган

.

Тадқиқотнинг

мақсади

қаттиқ

жисмли

лазер

фаол

муҳитларининг

оптик

,

термик

ва

механик

хусусиятларини

ҳисобга

олган

ҳолда

,

қуёш

лазерлари

тизимида

содир

бўладиган

физик

жараёнлар

асосида

қуёш

энергиясини

лазер

нури

энергиясига

айлантиришнинг

самарали

усулларини

ишлаб

чиқишдан

иборат

.

Тадқиқотнинг

вазифалари

:

лазерлар

фаол

муҳитини

накачка

қилиш

вақтида

рўй

берадиган

бир

неча

марта

такрорланадиган

қайтиш

,

синиш

,

ютилиш

,

фотолюминесценция

жараёнларини

моделлаштириш

методикасини

ишлаб

чиқиш

;

қуёш

нурининг

бирламчи

,

иккиламчи

концентраторларидан

ташкил

топган

турли

конфигурациядаги

лазер

тизимларининг

компьютер

моделини

ишлаб

чиқиш

;

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

мавжуд

лазерларнинг

асосий

камчиликлари

ва

афзалликларини

адабиётларда

келтирилган

маълумотлар

ва

ишлаб

чиқилган

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазер

модели

ёрдамида

аниқлаш

;

9

самарадор

совутиш

тизимини

ишлаб

чиқиш

мақсадида

фаол

муҳит

ва

лазер

тизими

конструкциясининг

бошқа

элементларининг

термик

характеристикасини

ўрганиш

;

катта

қуёш

печининг

концентрация

қилинган

қуёш

нури

ва

шу

билан

бирга

бошқа

параболик

концентраторлар

учун

ҳам

фаол

муҳит

ва

қуёш

нурининг

спектр

характеристикаларини

ҳисобга

олган

ҳолда

ишлаб

чиқилган

компьютер

модели

ёрдамида

рақамли

тажрибалар

ўтказиб

накачка

қилишнинг

энг

самарадор

усулини

аниқлаш

;

катта

қуёш

печида

(

КҚП

)

узлуксиз

режимда

ишлайдиган

тажриба

қурилмаларини

ва

накачка

жараёнини

ўрганувчи

усулларни

яратиш

;

турли

хил

актив

муҳитлар

,

шу

жумладан

,

композит

лазер

материаллари

асосида

самарадор

лазерларни

яратиш

имкониятларини

тадқиқ

этиш

;

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазерларнинг

чиқиш

параметрларини

ва

қуёш

энергиясига

айлантириш

самарадорлигини

баҳолаш

.

Тадқиқотнинг

объекти

сифатида

қаттиқ

жисмли

таркибида

неодим

бўлган

актив

элементлар

,

қуёш

нурини

концентрация

қилиб

берадиган

тизимлар

ва

лазер

резонаторлари

танланган

.

Тадқиқотнинг

предметини

бир

неча

марта

такрорланадиган

қайтиш

,

синиш

,

ютилишнинг

физик

жараёнларидан

,

люминесценция

,

энергиянинг

сенсибилизатор

ионларидан

актив

ионларга

узатилишидан

,

кенг

полосали

қуёш

нури

спектри

билан

накачка

қилинганда

турли

хил

актив

муҳитдаги

лазер

нури

генерацияси

жараёнлари

ташкил

этади

.

Тадқиқотнинг

усуллари

.

Диссертация

ишида

,

актив

муҳитлар

ва

қуёш

нурининг

спекр

хусусиятлари

инобатга

олинган

ҳолда

лазер

тизимида

содир

бўладиган

тасодифий

процессларни

рақамли

моделлаштиришга

асосланган

усуллар

тадбиқ

этилган

.

Рақамли

моделлаштириш

Монте

-

Карло

ва

нурни

тақиб

қилиш

усулига

асосланган

.

Тажрибаларда

стандарт

усуллардан

фойдаланган

ҳолда

замонавий

ускуналар

:

оптик

элементларнинг

кўрсатгичларини

аниқлаш

учун

қуввати

100

мВт

бўлган

диодли

Nd:YAG

лазери

,

юстировка

учун

гелий

неон

лазерларидан

, Thorlabs

фирмасининг

S212

қувват

ўлчагичи

,

визуализатори

ва

рақамли

осциллографлар

қўлланилган

.

Тадқиқотнинг

илмий

янгилиги

қуйидагилардан

иборат

:

бир

неча

бор

такрорланадиган

қайтиш

,

синиш

,

ютилиш

,

фотолюминесценция

жараёнларини

моделлаштиришнинг

янги

услуби

ишлаб

чиқилган

;

биринчи

марта

Катта

Қуёш

Печида

нурланиш

қуввати

80

Вт

бўлган

лазернинг

тажриба

намунаси

яратилган

;

яратилган

компьютер

моделида

концентрацияловчи

тизимлар

сифатларини

киритган

ҳолда

,

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазер

тизимларининг

хусусиятларини

ўрганиш

бўйича

рақамли

тажрибалар

ўтказиш

имкони

яратилган

;

Катта

Қуёш

Печи

ва

кичик

параболик

концентраторларда

Nd:YAG,

Nd:Cr:YAG, Cr:GSGG

лазерларини

оптик

дамлашнинг

энг

мақбул

усули

аниқланган

;

10

илк

бор

Nd:YAG

лазерлари

самарадорлигини

30-32%

даражага

етказиш

имконини

берувчи

қуёш

нури

спектри

частотасини

ташқи

қайта

ўзгартиргичга

асосланган

янги

муқобил

ёндашуви

ишлаб

чиқилган

;

Cr:YAG,

С

e:YAG Cr:GSGG, Cr:LICAF, Ti:

Сапфир

материалларини

қуёш

нури

спектри

частотасида

қайта

ўзгартиргич

сифатида

ишлатиш

мумкинлиги

асосланган

.

Тадқиқотнинг

амалий

натижалари

қуйидагилардан

иборат

:

Қуёш

нури

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазерлардаги

физик

жараёнларни

моделлаштириш

методикаси

ва

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазер

тизимларининг

модели

ишлаб

чиқилди

.

Улардан

илмий

-

тадқиқотларда

,

қуёш

билан

,

лампа

ёрдамида

ва

диодли

оптик

дамланадиган

янги

лазерларни

ишлаб

чиқиш

ва

яратишда

фойдаланиш

мумкин

.

Таклиф

этилган

қуёш

нури

спектри

частотасини

ташқи

қайта

ўзгартиргичга

асосланган

ёндашув

юқори

самарадорликка

эга

бўлган

қуёш

нури

билан

дамланадиган

лазерларни

ҳамда

янги

қуёш

лазерлари

асосидаги

технологияларни

ишлаб

чиқиш

ва

яратиш

учун

кенг

имкониятлар

очиб

беради

.

Тадқиқот

натижаларининг

ишончлилиги

оптика

ва

лазер

физикасининг

замонавий

усул

ва

ёндашувларидан

фойдаланилганлиги

билан

тасдиқланади

.

Хулосалар

лазер

муҳитидарўй

берадиган

бирламчи

жараёнларнинг

физикавий

механизмларини

ўрганишга

бағишланган

назарий

ишларнинг

базавий

ҳолатига

асосланган

ва

бошқа

муаллифларнинг

олган

натижалари

билан

тўлиқ

мос

тушади

.

Тадқиқот

натижаларининг

илмий

ва

амалий

аҳамияти

.

Мазкур

диссертация

тадқиқоти

натижаларининг

илмий

аҳамияти

таклиф

этилган

,

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазерлар

самарадорлигини

сезиларли

даражада

ошириш

имконини

берувчи

қуёш

нури

спектри

частотасини

ташқи

ўзгартиргичидан

фойдаланишга

асосланганянги

концепциядан

ва

назарий

тадқиқотларни

олиб

бориш

учун

ишлаб

чиқилган

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазер

моделидан

иборат

.

Тадқиқот

натижаларининг

амалий

аҳамияти

шундаки

,

таклиф

этилган

илмий

-

техник

ечимдан

қайта

тикланувчи

энергия

манбаларидан

фойдаланишга

асосланган

,

янги

самарадор

технологияларни

ишлаб

чиқиш

ва

яратишда

фойдаланиш

мумкин

.

Тадқиқот

натижаларининг

жорий

қилиниши

.

Қуёш

нури

энергиясини

лазер

нури

энергиясига

айлантиришнинг

турли

механизмларини

хамда

GaAs

кристали

асосидаги

пассив

затворлар

ёрдамида

ультра

қисқа

лазер

импульсларини

олиш

имкниятларини

тадқиқ

қилиш

асосида

:

Катта

Қуёш

Печида

нурланиш

қуввати

80

Вт

бўлган

лазернинг

тажриба

намунаси

яратилган

(

Ўзбекистан

Республикаси

Фанлар

академиясининг

2017

йил

24

октябрдаги

маълумотномаси

).

Яратилган

лазер

қуёш

лазерларига

нисбатан

5

баравар

юқори

самарадорликка

эришиш

ва

қайта

тикланувчи

энергия

манбаларидан

фойдаланишга

асосланган

янги

технологияларни

ишлаб

чиқиш

имконини

берган

;

11

Nd

3+

:YAG, Nd

3+

:Cr

3+

:YAG

актив

элементлардан

фойдаланиб

концентрацияланган

қуёш

нури

оқимини

лазер

нурига

айлантириш

бўйича

олинган

натижалар

хорижий

журналларда

(

Opt. Mater. Express

6, 552-557,

2016, IF : 2.591;

International journal of hydrogen energy

39(26), (2014):

pp.14227-14233,

IF:

3.64;

International Journal of Photoenergy

, 2014, IF:

2.37

)

лазер

материалларининг

спектроскопик

характеристикаларини

назарий

ҳисоб

-

китоб

қилишда

ва

қуёш

энергиясидан

фойдаланиб

водород

олишнинг

янги

усулларини

яратишда

қўлланилган

.

Илмий

натижалардан

фойдаланиш

керамик

лазер

материалларнинг

спектроскопик

характеристикаларининг

назарий

йўл

билан

аниқланган

қийматларини

ишончлилигини

,

қуёш

энергиясидан

фойдаланиб

водород

олиш

самарадорлилигини

асослаш

каби

муҳим

натижаларга

эришиш

имконини

берган

;

GaAs

кристалли

ночизиқли

оптик

хоссаларини

ўрганиш

бўйича

ишлаб

чиқилган

модель

ва

таклиф

этилган

янги

ёндашувлар

хорижий

журналларда

(

Optics and Spectroscopy

119, no. 2 (2015), IF: 0.644;

Optics and Spectroscopy

,

vol. 115, issue 3 (2013), IF: 0.673;

Optics and Spectroscopy

121(5):710-712, 2016,

IF: 0.716)

пассив

синхронизация

жараёнини

тадқиқ

қилишда

қўлланилган

.

Илмий

натижалардан

фойдаланиш

Nd:YAG

лазерларни

самарали

пассив

синхронизация

қилиш

ҳамда

A

3

B

5

кристалларнинг

оптик

ютилиш

коэффициентларининг

ҳароратга

боғлиқлигини

батафсил

тадқиқ

қилиш

имконини

берган

.

Тадқиқот

натижаларининг

апробацияси

.

Диссертация

иши

нати

-

жалари

10

та

халқаро

ва

республика

илмий

-

амалий

конференцияларда

маъруза

кўринишида

баён

этилган

ва

муҳокамадан

ўтказилган

.

Тадқиқот

натижаларининг

эълон

қилиниши

.

Диссертация

мазуси

бўйича

жами

28

та

илмий

иш

чоп

этилган

.

Шулардан

,

Ўзбекистон

Республикаси

Олий

аттестация

комиссиясининг

докторлик

диссертациялари

асосий

илмий

натижаларини

чоп

этиш

тавсия

этилган

илмий

нашрларида

18

та

илмий

мақола

,

уларнинг

14

таси

нуфузли

халқаро

ва

4

таси

республика

журналларида

, 10

та

маъруза

халқаро

ва

республика

конференцияларининг

тўпламларида

нашр

этилган

.

Диссертациянинг

ҳажми

ва

тузилиши

.

Диссертация

таркиби

кириш

,

бешта

боб

,

хулоса

, 90

номдаги

фойдаланилган

адабиётлар

рўйхати

, 88

та

расм

ва

3

та

жадвалдан

иборат

.

Диссертациянинг

ҳажми

180

бетни

ташкил

этади

.

ДИССЕРТАЦИЯНИНГ

АСОСИЙ

МАЗМУНИ

Кириш

қисмида

диссертация

мавзусининг

долзарблиги

ва

зарурияти

асосланган

,

тадқиқотнинг

мақсади

ва

вазифалари

тавсифланган

,

тадқиқотнинг

объекти

,

предмети

ва

усуллари

аниқланган

,

илмий

янгилиги

,

олинган

натижаларнинг

илмий

амалий

аҳамияти

баён

этилган

,

олинган

натижаларнинг

ишончлилиги

асосланган

,

натижаларнинг

жорий

этилиши

,

ишнинг

апробацияси

ва

диссертациянинг

тузилиши

бўйича

қисқа

маълумотлар

берилган

.

12

Диссертациянинг

биринчи

боби

“

Муаммонинг

ҳозирги

кундаги

аҳволи

”

деб

номланиб

,

ушбу

бобда

қуёш

энергиясини

лазер

энергиясига

айлантириш

соҳасидаги

тадқиқотлар

бўйича

адабиётларда

келтирилган

маълумотлар

таҳлил

қилинган

.

Қуёш

нури

энергиясининг

лазер

нурига

айлантирилишидаги

асосий

муаммо

самарадорликнинг

ўта

паст

даражада

экани

аниқланди

.

Қуёш

ёрдамида

дамланадиган

лазерлар

самарадорлигини

ошириш

учун

қуйидаги

вазифаларни

амалга

ошириш

зарур

деб

хулоса

қилинди

:

–

Қуёш

билан

дамланадиган

мавжуд

лазерларнинг

(Nd:YAG

лазерлар

,

александритли

лазерлар

Cr

3+

:BeAl

2

O

4

, Ce:Nd:YAG

лазерлар

)

самарадорлигини

оширишянги

конструкторлик

ечимларни

қидиришни

талаб

этади

,

масалан

лазер

материалларининг

композит

структураларидан

фойдаланиш

,

концентрацияловчи

тизимлар

самарадорлигини

ошириш

ва

бошқалар

.

–

Сенсибилизаторлар

(Cr:Nd:YAG, Cr:Nd:GSGG, Cr:Nd:YSGG

ва

бошқа

турдаги

актив

элементлар

асосидаги

лазерлар

)

дан

фойдаланиб

қайта

айлантириш

самарадорлигини

оширишнинг

янги

йўлларини

қидириш

ёки

ташқи

частота

ўзгартиргичларини

қўллаш

(Nd:YAG,Ce:Nd:YAG

лазерлари

,

масалан

Cr

3+

:YAG, Cr

3+

:GSGG, Cr

3+

:YSGG, Cr

3+

:LICAF, Cr

3+

:LISAF,

Ti

3+

:

Сапфирва

бошқа

қуёш

нури

частотасини

ўзгартирувчилари

билан

).

Диссертациянинг

иккинчи

боби

“

Лазер

моделнинг

тавсифи

ва

иссиқлик

эффектларни

ҳисоблаш

усуллари

”

деб

номланиб

,

ушбу

бобда

қуёш

нури

билан

дамланадиган

лазерларнинг

ишлаб

чиқилган

статистик

модели

тавсифи

берилган

,

актив

элементнинг

иссиқлик

характеристикалари

ва

иссиқлик

сабабли

юзага

келадиган

линза

эффектини

ҳисоблаш

учун

ифодалар

келтириб

чиқарилган

.

Мазкур

диссертация

ишида

асосан

,

мақбул

ечимларни

аниқлаш

мақсадида

турли

конструкциядаги

лазер

моделларига

,

шу

билан

бирга

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазернинг

макет

ва

тажриба

намунасидан

фойдаланилган

ҳолда

олинган

назарий

ва

амалий

тадқиқотларга

асосланган

усуллардан

фойдаланилган

.

Диссертацияда

кўриб

чиқилган

қуёш

ёрдамида

оптик

дамланадиган

лазер

схемасини

моделлаштириш

Монте

-

Карло

усули

ва

нурни

таъқиб

қилиш

(Ray-tracing method)

усулидан

фойдаланган

ҳолда

бажарилган

.

Бир

неча

марта

такрорланадиган

қайтиш

,

синиш

ва

ютилиш

жараёнлари

уч

ўлчамли

координаталарда

моделлаштирилган

.

Бошқа

адабиётларда

фойдаланилган

моделлардан

фарқли

ўлароқ

мазкур

моделга

,

частота

қайта

ўзгартиргичидаги

ютилиш

жараёнидан

кейинги

ихтиёрий

йўналишдаги

4

π

фазовий

бурчак

доирасидаги

нурланиш

жараёни

ҳам

киритилган

.

Ютилиш

ва

нурланиш

жараёнлари

орасидаги

кечикишнолга

тенг

деб

олинган

,

чунки

бу

кўрсатгич

лазер

узлуксиз

режимда

ишлаган

вақтида

у

қадар

муҳим

эмас

.

Моделда

актив

муҳит

ва

қуёш

спектрининг

ютилиш

спектридан

ташқари

,

частота

қайта

ўзгартиргичининг

ютилиш

ва

нурланиш

(

тарқатиш

)

спектридан

ҳам

фойдаланилади

.

13

Моделнинг

асоси

кесишиш

нуқталарининг

кетма

-

кетлигини

,

гемотрик

оптика

ва

қайтиш

,

синиш

,

ютилиш

ва

фотон

чиқариш

каби

бошланғич

жараёнларни

Монте

-

Карло

усули

ёрдамида

аниқлашдан

иборат

.

Моделлаштиришнинг

охирги

натижаси

актив

муҳитда

ютилган

,

инверс

жойлашувни

юзага

келтиришда

иштирок

этадиган

фотонлар

улушидан

,

яъни

накачка

самарадорлиги

p

η

дан

иборат

.

Ушбу

катталикдан

кейинги

босқичларда

чиқишдаги

лазер

нури

қувватининг

тушаётган

қуёш

нури

қувватига

боғлиқлигини

баҳолашда

,

тўрт

сатҳли

лазер

учун

маълум

бўлган

ифодадан

ҳисоб

-

китоблар

ўтказишда

фойдаланилади

)

(

)

2

/

(

2

thr

P

P

P

p

out

−

=

η

γ

γ

(1)

бу

ерда

2

γ

чиқиш

кўзгусининг

ўтказиши

ҳисобига

юзага

келадиган

логарифмик

йўқотишлар

γ

2

резонатордаги

тўлиқ

йўқотиш

(total round-trip

loss),

out

Р

,

Р

,

thr

Р

-

мос

равишда

лазернинг

чиқишдаги

қуввати

,

накачка

қуввати

ва

порог

қуввати

.

Қуйида

ишлаб

чиқилган

лазернинг

асосий

қисмларига

тариф

берамиз

.

Фотонни

ҳаракатга

келтириш

.

Шуни

таъкидлаш

муҳимки

,

бизнинг

моделданур

аксарият

нурни

таъқиб

қилиш

усулида

ишлатиладиган

фотонлар

пакетига

қарама

-

қарши

битта

ягона

фотондан

ташкил

топган

.

Бу

кўп

марталаб

қайтиш

ва

синиш

жараёнларини

моделлаштиришда

оғирлик

коэффициентларидан

фойдаланишни

бартараф

этиб

моделни

соддалаштиради

.

Моделнинг

бошланғич

босқичида

қуёшдан

келадиган

дастлабки

йўналиш

ўрнатилганидек

,

фотоннинг

пароболик

концентратор

сиртидаги

бошланғич

вазияти

ўрнатилади

.

Модель

жойлашувни

аниқлаш

учун

фазодаги

декарт

кординаталар

системасининг

учта

тасодифий

кординаталари

билан

бирга

,

қуёш

диски

билан

чегараланган

фазовий

бурчак

бўйича

тарқалиш

йўналишини

аниқлаш

учун

учта

тасодифий

йўналтирувчи

косинуслардан

ҳам

фойдаланади

.

Тўлқин

узунлиги

ва

ютилиш

коэффициентини

танлаш

.

Тўлқин

узунлиги

қуёшнинг

спектр

интенсивлигидан

қуйидаги

интеграл

тенгламани

ечиш

орқали

аниқланади

:

λ

λ

λ

ξ

λ

d

hc

I

AM

)

(

0

0

∫

=

(2)

Бу

ерда

)

(

0

λ

AM

I

берилган

тўлқин

узунлиги

λ

[

нм

]

АМО

қуёш

нурининг

нормалаштирилган

спектравий

интенсивлиги

[

Вт

/

м

2

/

нм

],

ξ

[0,1]

оралиғидаги

тасодифий

сон

.

Ютилиш

узунлигини

танлаш

.

Ютилиш

узунлиги

-

l

фотоннинг

актив

муҳитда

ёки

частота

ўзгартиргичида

ютилишигача

босиб

ўтган

йўли

.

Ютилиш

узунлигини

танлашда

тескари

тақсимот

усулидан

ва

Бугер

-

Ламберт

қонунидан

фойдаланилди

μ

ξ

ln

−

=

l

(4)

14

Бу

ерда

ξ

тасодифий

сон

ва

μ

берилган

тўлқин

узунлигида

ютилиш

коэффициенти

.

Қадам

ўлчамини

ва

фотон

кўчишинитанлаш

.

Қадам

ўлчами

r

–

фотоннинг

иккита

кесишиш

нуқталари

орасидаги

саёҳатининг

масофаси

.

Тизим

сиртининг

бирор

қисмида

энг

яқин

кесишиш

нуқтасини

аниқлаш

учун

нур

тенгламаси

сирт

юзаси

тенгламасига

қўйилиб

r

га

нисбатан

ечилади

.

Қадам

ўлчами

танлаб

олиниши

билан

,

фотон

йўналтирувчи

косинуслар

билан

аниқланадиган

йўналишда

r

масофага

тарқалади

,

фақатгина

ютилиш

рўй

бермаслик

шарти

билан

.

Ютилишни

моделлаштириш

.

Ютилиш

узуниги

ва

қадам

ўлчами

берилган

,

биз

ютилиш

қаерда

содир

бўлишини

билмоқчимиз

.

Ютилиш

фотон

ютувчи

муҳитда

ютилиш

узунлигига

тенг

бўлган

масофани

ўтиб

бўлганида

рўй

беради

.

Моделда

қадам

ўлчами

ва

ютилиш

узуниги

ҳар

сафар

кўчишдан

олдин

,

ютилиш

қайси

нуқтада

содир

бўлишини

аниқлаш

мақсадида

,

солиштирилади

.

Агар

ютилиш

узунлиги

қадам

ўлчамидан

кичик

бўлса

,

охиргиси

ютилиш

узунлиги

билан

алмаштирилади

ва

охирги

кўчиш

бажарилади

.

Шундан

сўнг

координаталар

эслаб

қолинади

ёки

белгилаб

қўйилади

(

у

ерга

пикселни

жойлаш

билан

)

ва

фотонни

тақиб

қилиш

шу

билан

якунига

етади

.

Агарда

ютилиш

узунлиги

қадам

ўлчамидан

кичик

бўлмаса

,

ютилиш

узунлигининг

катталиги

қадам

ўлчамига

камайтирилади

ва

фотонни

тақиб

этиш

давом

этади

.

Тақиб

қилиш

жараёнифотон

ютилгунига

қадар

ёки

тизимни

тарк

этгунича

давом

этади

.

Қайтиш

ва

синиш

жараёнларини

моделлаштириш

.

Биз

алоҳида

фотонни

кўриб

чиқаётганлигимиз

сабабли

,

у

ёки

қайтиши

ёки

синиши

мумкин

.

Шу

сабабли

,

бу

жараёнларни

моделлаштириш

учун

биз

қуйидаги

ёндашувлардан

фойдаланамиз

:

Аслини

олганда

,

қайтариш

коэфициенти

ҳам

ёруғликнинг

тушиш

бурчагидан

ҳамда

унинг

қутбланишига

боғлиқ

.

Қуёш

нури

қутбланмаганлиги

туфайли

,

биз

қуёш

нурининг

иккита

қутбланиш

ҳолати

(s

ва

p)

учун

қайтариш

коэфициентининг

ўртача

қийматидан

фойдаландик

.

Икки

жараёндан

қайси

бири

рўй

бераётганлигини

аниқлаш

мақсадида

,

тасодифий

ξ

сони

генерация

қилинади

ва

юқорида

қайд

этилган

қайтариш

коэффициенти

ref

R

билан

солиштирилади

.

Агар

ref

R

<

ξ

бўлса

қайтиш

аксинча

рефракция

танланади

ва

янги

йўналтирувчи

косинуслар

белгилаб

олинади

.

Фотон

нурланишини

моделлаштириш

.

Фотон

чиқариш

жараёни

,

тақиб

қилинаётган

фотон

,

тизимда

кўп

марталаб

қайтиш

васиниш

жараёнларидан

ўтганидан

сўнг

,

частота

ўзгартиргичга

етиб

бориб

унда

ютилганида

содир

бўлади

.

Бу

ҳолда

модел

тезлик

билан

ютилган

фотон

ўрнига

,

юқорида

тарифланган

тўлқин

узунлигини

қуёш

спектридан

аниқлаш

усулига

ўхшаш

усул

билан

,

частота

ўзгартиргичининг

нурланиш

спектрига

мувофиқ

,

янги

тасодифий

қийматли

тўлқин

узунлигидаги

янги

фотонни

чиқаради

.

Охирги

координаталар

ўзгаришсиз

қолади

.

Бироқ

йўналтирувчи

косинуслар

, 4

π

стерадиан

фазовий

бурчак

оралиғида

қабул

қилинган

ихтиёрий

катталиклар

билан

янгиланади

.

Сўнгра

фотонни

тақиб

қилиш

,

15

фотон

ютилгунича

ёки

тизимдан

чиқиб

кетгунича

давом

этади

.

Қаралаётган

жараёнлар

статистик

табиатга

эга

бўлганлиги

туфайли

,

қанча

кўп

фотон

кўриб

чиқилса

,

хатолик

шунча

кичик

бўлади

.

Шундай

қилиб

моделнинг

якуний

натижаси

актив

муҳитда

ютилган

фотонларнинг

нисбий

улуши

бўлиб

,

бу

эса

оптик

дамлаш

самарадорлигининг

ўзидир

.

Ишлаб

чиққан

моделимизнинг

ишлаш

лаёқатини

ва

олинган

натижаларнинг

ишончлилигини

текшириш

мақсадида

,

адабиётларда

келтирилган

мавжуд

лазерлар

моделлаштирилди

.

Таққослаш

натижаларининг

бир

бирига

аъло

даражада

мос

тушишини

кўрсатди

,

бу

эса

ишлаб

чиқилган

моделимизнинг

лаёқатини

ва

олинган

натижаларнинг

ишончлилигини

,

ва

ундан

янги

юқори

самарадорликка

эга

бўлган