فائبر کپلڈ سیمی کنڈکٹر لیزر

تعریف: ایک ڈائیوڈ لیزر جس میں پیدا ہونے والی روشنی کو آپٹیکل فائبر میں جوڑا جاتا ہے۔

بہت سے معاملات میں، ڈائیوڈ لیزر سے آؤٹ پٹ لائٹ کو آپٹیکل فائبر میں جوڑا جانا ضروری ہوتا ہے تاکہ روشنی کو جہاں ضرورت ہو وہاں منتقل کیا جا سکے۔ فائبر کپلڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز کے درج ذیل فوائد ہیں:

1. آپٹیکل فائبر سے خارج ہونے والی روشنی کی شدت کا منحنی خطوط عام طور پر ہموار اور سرکلر ہوتا ہے، اور شہتیر کا معیار ہموار ہوتا ہے، جو کہ اطلاق میں بہت آسان ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، کم پیچیدہ آپٹکس کا استعمال اینڈ پمپڈ سالڈ اسٹیٹ لیزرز کے لیے سرکلر پمپ سپاٹ بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔

2. اگر لیزر ڈائیوڈ اور اس کے کولنگ ڈیوائس کو سالڈ سٹیٹ لیزر ہیڈ سے ہٹا دیا جائے تو لیزر بہت چھوٹا ہو جاتا ہے اور دیگر آپٹیکل پرزوں کو رکھنے کے لیے کافی جگہ ہوتی ہے۔

3. نااہل آپٹیکلی کپلڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز کو تبدیل کرنے کے لیے ڈیوائس کی ترتیب کو تبدیل کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔

4. آپٹیکل کپلنگ ڈیوائس دیگر فائبر آپٹک ڈیوائسز کے ساتھ مل کر استعمال کرنا آسان ہے۔

فائبر کپلڈ سیمی کنڈکٹر لیزر کی اقسام

بہت سے تیار شدہ ڈایڈڈ لیزر فائبر کپلڈ ہوتے ہیں، جو لیزر پیکج میں بہت مضبوط فائبر کپلڈ آپٹکس پر مشتمل ہوتے ہیں۔ مختلف ڈایڈڈ لیزر مختلف ریشوں اور ٹیکنالوجیز کا استعمال کرتے ہیں۔

سب سے آسان معاملہ یہ ہے کہ ایک VCSEL (Vertical Cavity Surface Radiation Laser) عام طور پر بہت ہی اعلیٰ بیم کوالٹی، درمیانی شہتیر کا انحراف، کوئی astigmatism، اور ایک سرکلر شدت کی تقسیم کے ساتھ شعاع نکالتا ہے۔ سنگل موڈ فائبر کے کور میں ریڈی ایشن اسپاٹ کی تصویر کشی کے لیے ایک سادہ کروی لینس کی ضرورت ہوتی ہے۔ جوڑے کی کارکردگی 70-80٪ تک پہنچ سکتی ہے۔ آپٹیکل ریشوں کو بھی براہ راست VCSEL کی ریڈیٹنگ سطح میں جوڑا جا سکتا ہے۔

چھوٹے کنارے سے خارج ہونے والے لیزر ڈایڈس بھی ایک ہی مقامی موڈ کو پھیلاتے ہیں اور اس طرح اصولی طور پر، مؤثر طریقے سے سنگل موڈ ریشوں میں جوڑے جا سکتے ہیں۔ تاہم، اگر صرف ایک سادہ کروی لینس کا استعمال کیا جائے تو، بیم کی بیضوی پن جوڑے کی کارکردگی کو بہت کم کر دے گی۔ اور بیم ڈائیورجنس زاویہ کم از کم ایک سمت میں نسبتاً بڑا ہے، اس لیے لینس میں نسبتاً بڑا عددی یپرچر ہونا ضروری ہے۔ ایک اور مسئلہ ڈائیوڈ کی آؤٹ پٹ لائٹ میں موجود astigmatism ہے، خاص طور پر گین گائیڈڈ ڈایڈڈ، جس کی تلافی اضافی بیلناکار لینس کے ذریعے کی جا سکتی ہے۔ اگر آؤٹ پٹ پاور کئی سو ملی واٹس تک پہنچ جاتی ہے تو، فائبر کپلڈ گین گائیڈڈ لیزر ڈائیوڈس کو ایربیم ڈوپڈ فائبر ایمپلیفائر پمپ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

شکل 2: ایک سادہ لو پاور فائبر کپلڈ ایج ایمیٹنگ لیزر ڈائیوڈ کا اسکیمیٹک۔ کروی لینس کا استعمال لیزر ڈائیوڈ کی سطح سے خارج ہونے والی روشنی کو فائبر کور پر کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ شہتیر کی بیضوی پن اور astigmatism جوڑے کی کارکردگی کو کم کرتے ہیں۔

بڑے رقبے کے لیزر ڈایڈس تابکاری کی سمت میں مقامی طور پر ملٹی موڈ ہوتے ہیں۔ اگر آپ صرف ایک بیلناکار لینس کے ذریعے سرکلر بیم کو شکل دیتے ہیں (مثال کے طور پر، ایک فائبر لینس، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے) اور پھر ملٹی موڈ فائبر میں داخل ہوتے ہیں، تو زیادہ تر چمک ختم ہو جائے گی کیونکہ تیز رفتار محور کی سمت میں اعلیٰ معیار کی شہتیر معیار کو استعمال نہیں کیا جا سکتا۔ مثال کے طور پر، 1W کی طاقت والی روشنی 50 مائکرون کے بنیادی قطر اور 0.12 کے عددی یپرچر کے ساتھ ملٹی موڈ فائبر میں داخل ہو سکتی ہے۔ یہ روشنی کم طاقت والے بلک لیزر جیسے مائیکرو چپ لیزر کو پمپ کرنے کے لیے کافی ہے۔ یہاں تک کہ 10W روشنی کا اخراج ممکن ہے۔

شکل 3: ایک سادہ آپٹیکل جوڑے بڑے ایریا لیزر ڈائیوڈ کا اسکیمیٹک۔ فائبر آپٹک لینس تیز محور کی سمت میں روشنی کو ہم آہنگ کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

ایک بہتر براڈ بینڈ لیزر ٹکنالوجی یہ ہوگی کہ بیم کو فائر کرنے سے پہلے اسے ایک سڈول بیم کوالٹی (نہ صرف بیم کا رداس) کی شکل دی جائے۔ اس کے نتیجے میں چمک زیادہ ہوتی ہے۔

ڈایڈڈ صفوں میں، غیر متناسب بیم کے معیار کا مسئلہ اور بھی سنگین ہے۔ ہر ٹرانسمیٹر کے آؤٹ پٹ کو فائبر بنڈل میں مختلف فائبر میں جوڑا جا سکتا ہے۔ آپٹیکل ریشوں کو ڈایڈڈ سرنی کے ایک طرف لکیری طور پر ترتیب دیا گیا ہے، لیکن آؤٹ پٹ کے سرے ایک سرکلر سرنی میں ترتیب دیئے گئے ہیں۔ ایک بیم شیپر کا استعمال بیم کو ملٹی موڈ فائبر میں شروع کرنے سے پہلے سڈول بیم کے معیار کو حاصل کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ یہ 30W روشنی کو 0.22 کے عددی یپرچر کے ساتھ 200 مائکرون قطر کے فائبر میں جوڑنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ آلہ تقریباً 15W کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کرنے کے لیے Nd:YAG یا Nd:YVO4 لیزرز کو پمپ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ڈائیوڈ اسٹیک میں، بڑے بنیادی قطر والے ریشے بھی عام طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ کئی سو واٹ (یا کئی کلو واٹ) روشنی کو آپٹیکل فائبر میں جوڑا جا سکتا ہے جس کا بنیادی قطر 600 مائیکرون اور عددی یپرچر 0.22 ہے۔

فائبر کپلنگ کے نقصانات۔

فری اسپیس ریڈی ایشن لیزرز کے مقابلے فائبر کپلڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز کے کچھ نقصانات میں شامل ہیں:

زیادہ قیمت. اگر بیم ہینڈلنگ اور ٹرانسمیشن کے عمل کو آسان بنایا جائے تو اخراجات کم کیے جا سکتے ہیں۔

آؤٹ پٹ پاور قدرے چھوٹی ہے اور زیادہ اہم بات یہ ہے کہ چمک۔ استعمال ہونے والی فائبر کپلنگ ٹیکنالوجی کے لحاظ سے چمک کا نقصان کبھی کبھی بہت بڑا ہوتا ہے (طاقت کے حکم سے زیادہ) اور کبھی چھوٹا ہوتا ہے۔ کچھ معاملات میں اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے، لیکن دوسری صورتوں میں یہ ایک مسئلہ بن جاتا ہے، جیسے ڈائیوڈ پمپ والے بلک لیزرز یا ہائی پاور فائبر لیزرز کے ڈیزائن میں۔

زیادہ تر معاملات میں (خاص طور پر ملٹی موڈ فائبر)، فائبر پولرائزیشن کو برقرار رکھتا ہے۔ پھر فائبر کی آؤٹ پٹ لائٹ کو جزوی طور پر پولرائز کیا جاتا ہے، اور اگر فائبر کو منتقل کیا جاتا ہے یا درجہ حرارت میں تبدیلی آتی ہے تو پولرائزیشن کی حالت بھی بدل جائے گی۔ اگر پمپ جذب پولرائزیشن پر منحصر ہے، تو یہ ڈایڈڈ پمپڈ سالڈ سٹیٹ لیزرز میں استحکام کے اہم مسائل پیدا کر سکتا ہے۔