تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزر پاور

حالیہ برسوں میں، تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزرز نے اپنے فوائد جیسے کمپیکٹ ڈھانچے، اچھی بیم کوالٹی، اور اعلی کوانٹم کارکردگی کی وجہ سے زیادہ سے زیادہ توجہ مبذول کرائی ہے۔ ان میں سے، اعلی طاقت کے مسلسل تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزرز میں بہت سے شعبوں جیسے طبی دیکھ بھال، فوجی سیکورٹی، خلائی مواصلات، فضائی آلودگی کا پتہ لگانے، اور مواد کی پروسیسنگ میں اہم ایپلی کیشنز ہیں. پچھلے تقریباً 20 سالوں میں، ہائی پاور کے مسلسل تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزرز نے تیزی سے ترقی کی ہے، اور موجودہ زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور کلو واٹ کی سطح تک پہنچ گئی ہے۔ اس کے بعد، آئیے oscillators اور ایمپلیفیکیشن سسٹمز کے پہلوؤں سے تھیولیئم ڈوپڈ فائبر لیزرز کی طاقت میں بہتری کے راستے اور ترقی کے رجحانات پر ایک نظر ڈالتے ہیں۔

ابتدائی تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزرز کا پمپ ذریعہ عام طور پر کم طاقت والا 1064 nm YAG لیزر یا 790 nm ڈائی لیزر استعمال کرتا ہے۔ پمپ کے ذریعہ کی کم طاقت اور اس وقت پسماندہ ڈوپڈ فائبر کی تیاری کے عمل کی حدود کی وجہ سے، تھیلیئم ڈوپڈ فائبر لیزرز کی آؤٹ پٹ پاور صرف واٹ کی سطح میں تھی۔ ڈبل کلیڈنگ پمپ ٹیکنالوجی کے متعارف ہونے اور ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزر ٹیکنالوجی کی بڑھتی ہوئی پختگی کے ساتھ، تھیولیئم ڈوپڈ فائبر لیزرز کی آؤٹ پٹ پاور بھی مسلسل بڑھ رہی ہے۔

1998 میں، جیکسن وغیرہ۔ برطانیہ میں مانچسٹر یونیورسٹی سے 790 nm سیمی کنڈکٹر لیزر کو بطور پمپ ماخذ استعمال کیا اور 2007 میں 5.4 ڈبلیو کی زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ ایک مقامی ساختہ مسلسل ٹیون ایبل تھولیئم ڈوپڈ فائبر لیزر بنانے کے لیے کلیڈنگ پمپنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کیا۔ ڈوپڈ جرمینیٹ فائبر لیزر تیار کیا گیا تھا۔ تجرباتی ڈیوائس کو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ سنگل اینڈ پمپنگ موڈ کے تحت، 1900 nm پر 64 W کی مسلسل لیزر آؤٹ پٹ حاصل کی گئی۔ زیادہ آؤٹ پٹ پاور حاصل کرنے کے لیے، محققین نے ڈبل اینڈ پمپنگ کا استعمال کیا اور 40 سینٹی میٹر لمبا گین فائبر استعمال کیا، اور آخر کار 104 ڈبلیو کا 1900 این ایم مسلسل لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا۔

2009 میں، ہاربن انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی نے ایک تھولیئم ڈوپڈ فائبر لیزر تیار کیا جس میں تمام فائبر لکیری گہا کی ساخت تھی۔ یہ ایک عکاس فائبر بریگ گریٹنگ پر مشتمل ہوتا ہے اور فریسنل کی عکاسی تھیولیئم ڈوپڈ فائبر اینڈ فیس کے ذریعہ ایک گونجنے والی گہا بنانے کے لئے تشکیل دی جاتی ہے۔ اسے 793 nm LD سے پمپ کیا جاتا ہے۔ آخر میں، 39.4 ڈبلیو کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کی گئی۔ اس کے علاوہ، انہوں نے آؤٹ پٹ پاور اور اسپیکٹرل خصوصیات کا بھی موازنہ کیا جب FBG اور dichroic mirrors کو بالترتیب ہائی ریفلیکشن کپلر کے طور پر استعمال کیا گیا، اور پتہ چلا کہ آل فائبر ڈھانچے کی ڈھلوان کی کارکردگی کم تھی اور تھریشولڈ پاور زیادہ تھی۔ مقامی ڈھانچے کے مقابلے میں، آل فائبر ڈھانچہ ابتدائی طور پر آپٹیکل فائبر ڈیوائس کی کارکردگی اور سپلیسنگ کے معیار سے محدود تھا، اور اس کے فوائد واضح نہیں تھے۔ آپٹیکل فائبر ڈیوائس کی تیاری کی ٹیکنالوجی اور سپلیسنگ لیول میں مسلسل بہتری کے ساتھ، تمام فائبر ڈھانچے نے بتدریج بہت بڑے فوائد دکھائے ہیں۔

اسی سال، مقامی ڈھانچے پر مبنی ایک ہائی پاور تھولیئم ڈوپڈ فائبر لیزر نے 25 μm کے بنیادی قطر اور 0.08 کے عددی یپرچر (NA) کے ساتھ ایک تھولیئم ڈوپڈ فائبر کو پمپ کرنے کے لیے 793 nm LD کا استعمال کیا، اور حاصل کیا۔ 300 ڈبلیو کا ایک سنگل موڈ لیزر آؤٹ پٹ بعد میں، اسی طرح کی ساخت کے ساتھ، 40 μm کے بنیادی قطر اور 0.2 کے عددی یپرچر کے ساتھ ایک بڑے موڈ فیلڈ فائبر کو 885 کا 2040 nm ملٹی موڈ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا گیا۔ ڈبلیو، جو کہ ایک تھولیم ڈوپڈ فائبر آسکیلیٹر کے ذریعے حاصل کی جانے والی زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور ہے۔

2014 میں، سنگھوا یونیورسٹی نے ایک اعلیٰ طاقت والے تھولیئم ڈوپڈ فائبر لیزر کی اطلاع دی جس میں ایک تمام فائبر لکیری گہا کی ساخت ہے، جس میں فائبر بریگ گریٹنگ اور 3 میٹر طویل گین فائبر شامل ہے۔ 70 W کی زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ سات 790 nm LDs کو پمپ کے ذرائع کے طور پر استعمال کیا گیا تھا۔ آخر میں، 227 ڈبلیو کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کی گئی۔ اسی سال، نیشنل یونیورسٹی آف ڈیفنس ٹکنالوجی نے دو ہائی پاور 1173 nm رامن فائبر لیزرز (RFL) کو پمپ کے ذرائع کے طور پر استعمال کیا تاکہ ایک اعلی کارکردگی والے تنگ لائن وڈتھ تھیولیئم ڈوپڈ فائبر لیزر کو آل فائبر سیدھی گہا کی ساخت کے ساتھ بنایا جا سکے۔ آخر میں 96 ڈبلیو پاور کی پیداوار حاصل کی. یہ 1200 nm کے قریب پمپ طول موج اور سینکڑوں واٹ کی ترتیب میں آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ پہلا اطلاع شدہ تھولیئم ڈوپڈ فائبر لیزر تھا۔ اس نے تھولیئم ڈوپڈ فائبر لیزرز کی آؤٹ پٹ پاور کو بڑھانے کے لیے ایک بہت ہی امید افزا پمپنگ حل بھی فراہم کیا۔

2015 میں، ہوازہونگ یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹکنالوجی نے آل فائبر لکیری گہا کی ساخت کے ساتھ تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزر بنانے کے لیے خود ساختہ تھولیم ڈوپڈ ڈبل پوش سیلیکا فائبر کا استعمال کیا۔ اس نے پمپنگ کے لیے تین ہائی پاور 793 nm LDs کا استعمال کیا اور 121 W کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کی۔ یہ 1915 nm کی طول موج پر سینکڑوں واٹ کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کرنے کے لیے گھریلو تھولیم ڈوپڈ آپٹیکل فائبر کا استعمال کرنے کا پہلا موقع ہے۔ اس کے علاوہ، تجربات سے پتا چلا ہے کہ گین فائبر کے اندرونی کلیڈنگ قطر کو بڑھانا بہتر گرمی کی کھپت کو حاصل کر سکتا ہے، جو تھولیم ڈوپڈ فائبر لیزرز کے تھرمل مینجمنٹ اور پاور میں بہتری کے لیے آئیڈیاز بھی فراہم کرتا ہے۔