تنگ لائن وڈتھ لیزرز

کچھ لیزر ایپلی کیشنز میں لیزر کی ضرورت ہوتی ہے کہ وہ ایک بہت ہی تنگ لکیر کی چوڑائی، یعنی ایک تنگ سپیکٹرم ہو۔ تنگ لائن وڈتھ لیزرز سنگل فریکوئنسی لیزرز کا حوالہ دیتے ہیں، یعنی لیزر ویلیو میں ایک گونجنے والا کیویٹی موڈ ہے، اور فیز شور بہت کم ہے، اس لیے سپیکٹرل طہارت بہت زیادہ ہے۔ عام طور پر ایسے لیزرز میں بہت کم شدت والا شور ہوتا ہے۔

تنگ لائن وڈتھ لیزرز کی سب سے اہم اقسام درج ذیل ہیں:

1. سیمی کنڈکٹر لیزرز، ڈسٹری بیوٹڈ فیڈ بیک لیزر ڈائیوڈس (DFB لیزرز) اور ڈسٹری بیوٹڈ بریگ ریفلیکشن لیزرز (DBR لیزرز)، سب سے زیادہ 1500 یا 1000nm خطے میں استعمال ہوتے ہیں۔ عام آپریٹنگ پیرامیٹرز دسیوں ملی واٹس (بعض اوقات 100 ملی واٹ سے زیادہ) کی آؤٹ پٹ پاور اور کئی میگاہرٹز کی لائن وِڈتھ ہیں۔

2. سیمی کنڈکٹر لیزرز کے ساتھ تنگ لائن کی چوڑائی حاصل کی جا سکتی ہے، مثال کے طور پر سنگل موڈ فائبر کے ساتھ ریزونیٹر کو بڑھا کر جس میں تنگ بینڈ فائبر بریگ گریٹنگ ہو، یا بیرونی کیویٹی ڈائیوڈ لیزر کا استعمال کر کے۔ اس طریقہ کو استعمال کرتے ہوئے، کئی کلو ہرٹز یا اس سے بھی کم 1 کلو ہرٹز کی انتہائی تنگ لائن وِتھ حاصل کی جا سکتی ہے۔

3. چھوٹے تقسیم شدہ فیڈ بیک فائبر لیزرز (خصوصی فائبر بریگ گریٹنگز سے بنے ریزونیٹرز) کلو ہرٹز رینج میں لائن وڈتھ کے ساتھ دسیوں ملی واٹس کی پیداواری طاقتیں پیدا کر سکتے ہیں۔

4. نان پلانر رِنگ ریزونیٹرز کے ساتھ ڈائیوڈ پمپڈ سالڈ سٹیٹ باڈی لیزر کئی کلو ہرٹز کی لائن وِڈتھ بھی حاصل کر سکتے ہیں، جبکہ آؤٹ پٹ پاور 1W کے آرڈر پر نسبتاً زیادہ ہے۔ اگرچہ ایک عام طول موج 1064nm ہے، دوسرے طول موج والے خطے جیسے 1300 یا 1500nm بھی ممکن ہیں۔

لیزرز کی تنگ لکیر کی چوڑائی کو متاثر کرنے والے اہم عوامل

ایک انتہائی تنگ ریڈی ایشن بینڈوڈتھ (لائن وڈتھ) کے ساتھ لیزر حاصل کرنے کے لیے، لیزر ڈیزائن میں درج ذیل عوامل پر غور کرنے کی ضرورت ہے:

سب سے پہلے، سنگل فریکوئنسی آپریشن کو حاصل کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ ایک چھوٹی گین بینڈوتھ اور ایک مختصر لیزر کیویٹی کے ساتھ ایک گین میڈیم کا استعمال کرکے آسانی سے حاصل کیا جاتا ہے (نتیجے میں ایک بڑی فری سپیکٹرل رینج ہوتی ہے)۔ مقصد موڈ ہاپنگ کے بغیر طویل مدتی مستحکم سنگل فریکوئنسی آپریشن ہونا چاہئے۔

دوسرا، بیرونی شور کے اثر کو کم کرنے کی ضرورت ہے۔ اس کے لیے ایک مستحکم ریزونیٹر سیٹ اپ (مونوکروم)، یا مکینیکل کمپن کے خلاف خصوصی تحفظ کی ضرورت ہے۔ برقی طور پر پمپ شدہ لیزرز کو کم شور والے کرنٹ یا وولٹیج کے ذرائع استعمال کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جب کہ آپٹیکل طور پر پمپ کیے جانے والے لیزرز کو پمپ لائٹ ماخذ کے طور پر کم شدت والے شور کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، تمام فیڈ بیک لائٹ ویوز سے بچنے کی ضرورت ہے، مثال کے طور پر فیراڈے الگ تھلگ استعمال کرکے۔ نظریہ میں، بیرونی شور کا اندرونی شور کے مقابلے میں کم اثر ہوتا ہے، جیسے کہ گین میڈیم میں بے ساختہ اخراج۔ جب شور کی فریکوئنسی زیادہ ہو تو یہ حاصل کرنا آسان ہے، لیکن جب شور کی فریکوئنسی کم ہو تو لائن وڈتھ پر اثر سب سے اہم ہوتا ہے۔

تیسرا، لیزر کے شور کو کم سے کم کرنے کے لیے لیزر ڈیزائن کو بہتر بنانے کی ضرورت ہے، خاص طور پر فیز شور۔ ہائی انٹرا کیویٹی پاور اور لمبے ریزونیٹرز کو ترجیح دی جاتی ہے، حالانکہ اس معاملے میں مستحکم سنگل فریکوئنسی آپریشن حاصل کرنا زیادہ مشکل ہے۔

سسٹم کی اصلاح کے لیے شور کے مختلف ذرائع کی اہمیت کو سمجھنے کی ضرورت ہوتی ہے، کیونکہ شور کے غالب ماخذ کے لحاظ سے مختلف پیمائشیں درکار ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، Schawlow-Townes مساوات کے مطابق کم سے کم لائن وڈتھ ضروری نہیں کہ اصل لائن وڈتھ کو کم سے کم کرے اگر اصل لائن وڈتھ کا تعین مکینیکل شور سے کیا جاتا ہے۔

شور کی خصوصیات اور کارکردگی کی تفصیلات۔

تنگ لائن وڈتھ لیزرز کی شور کی خصوصیات اور کارکردگی کی پیمائش دونوں ہی معمولی مسائل ہیں۔ اندراج لائن وڈتھ میں پیمائش کی مختلف تکنیکوں پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے، خاص طور پر چند کلو ہرٹز یا اس سے کم کی لائن وڈتھ کا مطالبہ ہے۔ اس کے علاوہ، صرف لائن وڈتھ ویلیو پر غور کرنے سے شور کی تمام خصوصیات نہیں مل سکتی ہیں۔ یہ ایک مکمل مرحلے کے شور سپیکٹرم کے ساتھ ساتھ نسبتا شدت کے شور کی معلومات دینا ضروری ہے. لائن وڈتھ کی قدر کو کم از کم پیمائش کے وقت، یا دیگر معلومات کے ساتھ جوڑنے کی ضرورت ہے جو طویل مدتی فریکوئنسی بڑھنے کو مدنظر رکھتی ہے۔

بلاشبہ، مختلف ایپلی کیشنز کی مختلف ضروریات ہوتی ہیں، اور مختلف حقیقی حالات میں شور کی کارکردگی کے اشاریہ کی کس سطح پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔

تنگ لائن وڈتھ لیزرز کی ایپلی کیشنز

1. ایک بہت اہم ایپلی کیشن سینسنگ کے شعبے میں ہے، جیسے پریشر یا ٹمپریچر فائبر آپٹک سینسرز، مختلف انٹرفیرو میٹر سینسنگ، گیس کا پتہ لگانے اور ٹریک کرنے کے لیے مختلف جذب LIDAR کا استعمال، اور ہوا کی رفتار کی پیمائش کے لیے Doppler LIDAR کا استعمال۔ کچھ فائبر آپٹک سینسرز کو کئی کلو ہرٹز کی لیزر لائن وڈتھ کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ LIDAT پیمائش میں، 100kHz لائن وڈتھ کافی ہوتی ہے۔

2. آپٹیکل فریکوئنسی کی پیمائش کے لیے بہت ہی تنگ سورس لائن وڈتھ کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے حصول کے لیے استحکام کی تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔

3. آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن سسٹم میں لائن کی چوڑائی پر نسبتاً ڈھیلے تقاضے ہوتے ہیں، اور بنیادی طور پر ٹرانسمیٹر یا پتہ لگانے یا پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔