فائبر لیزر کیا ہے؟

تعریف: ایک لیزر جو ڈوپڈ فائبر کو ایک گین میڈیم کے طور پر استعمال کرتا ہے، یا ایک لیزر جس کا لیزر ریزونیٹر زیادہ تر فائبر پر مشتمل ہوتا ہے۔

فائبر لیزرز عام طور پر لیزرز کو کہتے ہیں جو فائبر کو گین میڈیم کے طور پر استعمال کرتے ہیں، حالانکہ کچھ لیزرز جو سیمی کنڈکٹر گین میڈیا (سیمی کنڈکٹر آپٹیکل ایمپلیفائر) اور فائبر ریزونیٹرز استعمال کرتے ہیں انہیں فائبر لیزرز (یا سیمی کنڈکٹر آپٹیکل لیزرز) بھی کہا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، لیزرز کی کچھ دوسری قسمیں (مثال کے طور پر، فائبر کپلڈ سیمی کنڈکٹر ڈائیوڈس) اور فائبر ایمپلیفائرز کو فائبر لیزر (یا فائبر لیزر سسٹم) بھی کہا جاتا ہے۔

زیادہ تر معاملات میں، گین میڈیم ایک نایاب ارتھ آئن ڈوپڈ فائبر ہے، جیسے کہ ایربیم (Er3+)، یٹربیئم (Yb3+)، تھوریم (Tm3+)، یا پراسیوڈیمیم (Pr3+)، اور ایک یا زیادہ فائبر کپلڈ لیزر ڈائیوڈس کی ضرورت ہوتی ہے۔ پمپنگ کے لئے. اگرچہ فائبر لیزرز کا گین میڈیم سالڈ سٹیٹ بلک لیزرز جیسا ہی ہے، لیکن ویو گائیڈ اثر اور چھوٹے موثر موڈ ایریا کے نتیجے میں مختلف خصوصیات والے لیزرز ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ان میں عام طور پر زیادہ لیزر گین اور ہائی ریزونیٹر گہا کے نقصانات ہوتے ہیں۔ فائبر لیزر اور بلک لیزر کے اندراجات دیکھیں۔

شکل 1

فائبر لیزر گونجنے والا

آپٹیکل فائبر کا استعمال کرتے ہوئے لیزر ریزونیٹر حاصل کرنے کے لیے، لکیری ریزونیٹر بنانے کے لیے، یا فائبر رِنگ لیزر بنانے کے لیے متعدد ریفلیکٹرز کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ لکیری آپٹیکل لیزر ریزونیٹر میں مختلف قسم کے ریفلیکٹر استعمال کیے جا سکتے ہیں:

تصویر 2

1. لیبارٹری کے سیٹ اپ میں، عام ڈیکروک آئینے کو کھڑے طور پر کلیویڈ ریشوں کے سروں پر استعمال کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ تاہم، یہ محلول بڑے پیمانے پر پیداوار میں استعمال نہیں کیا جا سکتا اور یہ پائیدار نہیں ہے۔

2. ایک ننگے فائبر کے آخر میں فریسنل کی عکاسی فائبر لیزر کے لیے آؤٹ پٹ کپلر کے طور پر کام کرنے کے لیے کافی ہے۔ شکل 2 ایک مثال دکھاتا ہے۔

3. ڈائی الیکٹرک کوٹنگز بھی براہ راست فائبر کے سروں پر جمع کی جا سکتی ہیں، عام طور پر بخارات کے ذریعے۔ اس طرح کی کوٹنگز ایک وسیع رینج میں اعلی عکاسی حاصل کر سکتی ہیں۔

4. تجارتی مصنوعات میں، فائبر بریگ گریٹنگز کا استعمال عام طور پر کیا جاتا ہے، جو براہ راست ڈوپڈ ریشوں سے یا غیر ڈوپڈ ریشوں کو فعال ریشوں میں تقسیم کرکے تیار کیا جا سکتا ہے۔ شکل 3 میں تقسیم شدہ بریگ ریفلیکٹر لیزر (DBR لیزر) دکھایا گیا ہے، جس میں دو فائبر گریٹنگز ہیں۔ ڈوپڈ فائبر میں گریٹنگ کے ساتھ ایک تقسیم شدہ فیڈ بیک لیزر اور اس کے درمیان ایک فیز شفٹ بھی ہے۔

5. اگر فائبر سے خارج ہونے والی روشنی کو ایک لینس کے ذریعے ہم آہنگ کیا جائے اور اسے ڈیکروک آئینے سے منعکس کیا جائے تو بہتر پاور ہینڈلنگ حاصل کی جا سکتی ہے۔ آئینے کے ذریعے موصول ہونے والی روشنی میں بیم کے بڑے حصے کی وجہ سے شدت بہت کم ہو جائے گی۔ تاہم، معمولی غلط ترتیب نمایاں عکاسی کے نقصانات کا سبب بن سکتی ہے، اور فائبر کے اختتامی پہلوؤں پر اضافی فریسنیل عکاسی فلٹر اثرات پیدا کر سکتی ہے۔ مؤخر الذکر کو زاویہ والے کلیویڈ فائبر سروں کا استعمال کرکے دبایا جاسکتا ہے ، لیکن اس سے طول موج پر منحصر نقصانات کا تعارف ہوتا ہے۔

6. فائبر کپلر اور غیر فعال ریشوں کا استعمال کرتے ہوئے آپٹیکل لوپ ریفلیکٹر بنانا بھی ممکن ہے۔

زیادہ تر آپٹیکل لیزرز کو ایک یا ایک سے زیادہ فائبر کپلڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز کے ذریعے پمپ کیا جاتا ہے۔ پمپ لائٹ کو براہ راست فائبر کور میں جوڑا جاتا ہے یا ہائی پاور پر پمپ کلیڈنگ (دوہری پوش ریشوں کو دیکھیں)، جس پر ذیل میں تفصیل سے بات کی جائے گی۔

فائبر لیزرز کی کئی اقسام ہیں، جن میں سے چند ذیل میں بیان کی گئی ہیں۔

فائبر لیزرز کی کئی اقسام ہیں، جن میں سے چند ذیل میں بیان کی گئی ہیں۔

ہائی پاور فائبر لیزرز

ابتدائی طور پر، فائبر لیزرز صرف چند ملی واٹس کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کرنے کے قابل تھے۔ آج، ہائی پاور فائبر لیزر کئی سو واٹ کی آؤٹ پٹ پاور حاصل کر سکتے ہیں، اور بعض اوقات سنگل موڈ فائبر سے کئی کلو واٹ بھی۔ یہ پہلو تناسب اور ویو گائیڈ اثرات کو بڑھا کر حاصل کیا جاتا ہے، جو تھرمو آپٹیکل اثرات سے بچتے ہیں۔

مزید تفصیلات کے لیے ہائی پاور فائبر لیزرز اور ایمپلیفائرز کا اندراج دیکھیں۔

اپ کنورژن فائبر لیزرز

فائبر لیزرز خاص طور پر اپ کنورژن لیزرز کو محسوس کرنے کے لیے موزوں ہیں، جو عام طور پر نسبتاً کم لیزر ٹرانزیشن پر کام کرتے ہیں اور بہت زیادہ پمپ کی شدت کی ضرورت ہوتی ہے۔ فائبر لیزرز میں، زیادہ پمپ کی شدت کو طویل فاصلوں پر برقرار رکھا جا سکتا ہے، تاکہ حاصل کردہ فائدہ کی کارکردگی بہت کم حاصل کے ساتھ ٹرانزیشن کے لیے آسانی سے حاصل کی جا سکے۔

زیادہ تر معاملات میں، سیلیکا ریشے اپ کنورژن فائبر لیزرز کے لیے موزوں نہیں ہوتے ہیں، کیونکہ اپ کنورژن میکانزم کے لیے الیکٹرانک توانائی کی سطح میں ایک طویل درمیانی حالت کی ضرورت ہوتی ہے، جو عام طور پر فونون توانائی کی زیادہ ہونے کی وجہ سے سلیکا ریشوں میں بہت چھوٹا ہوتا ہے (ملٹی فوٹون ٹرانزیشنز دیکھیں)۔ لہذا، کچھ ہیوی میٹل فلورائیڈ ریشے عام طور پر استعمال کیے جاتے ہیں، جیسے ZBLAN (ایک فلوروزرکونٹ) کم فونون توانائی کے ساتھ۔

سب سے زیادہ استعمال ہونے والے اپ کنورژن فائبر لیزرز نیلی روشنی کے لیے تھوریم ڈوپڈ ریشے ہیں، سرخ، نارنجی، سبز یا نیلی روشنی کے لیے پراسیوڈیمیم ڈوپڈ لیزرز (کبھی کبھی یٹربیم کے ساتھ) اور ٹرائیوڈ کے لیے ایربیم ڈوپڈ لیزر ہیں۔

تنگ لائن وڈتھ فائبر لیزرز

فائبر لیزر چند کلو ہرٹز یا اس سے بھی کم 1 کلو ہرٹز کی لکیر کی چوڑائی کے ساتھ صرف ایک طول بلد موڈ میں کام کر سکتے ہیں (سنگل فریکوئنسی لیزر، سنگل موڈ آپریشن دیکھیں)۔ طویل مدتی مستحکم سنگل فریکوئنسی آپریشن کے لیے، اور درجہ حرارت کے استحکام پر غور کرنے کے بعد اضافی تقاضوں کے بغیر، لیزر کیویٹی چھوٹا ہونا چاہیے (مثلاً، 5 سینٹی میٹر)، اگرچہ گہا جتنا لمبا ہوگا، اصولی طور پر، فیز شور کم اور تنگ لکیر کی چوڑائی کیویٹی موڈ کو منتخب کرنے کے لیے فائبر اینڈ میں ایک تنگ بینڈ فائبر بریگ گریٹنگ (تقسیم شدہ بریگ ریفلیکٹر لیزر، ڈی بی آر فائبر لیزر دیکھیں) ہوتا ہے۔ آؤٹ پٹ پاور عام طور پر چند ملی واٹس سے لے کر دسیوں ملی واٹ تک ہوتی ہے، اور 1 ڈبلیو تک آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ سنگل فریکوئنسی فائبر لیزر بھی دستیاب ہیں۔

ایک انتہائی شکل تقسیم شدہ فیڈ بیک لیزر (DFB لیزر) ہے، جہاں پوری لیزر کیویٹی فائبر بریگ گریٹنگ کے اندر ہوتی ہے جس کے درمیان فیز شفٹ ہوتا ہے۔ یہاں گہا نسبتاً چھوٹا ہے، جو آؤٹ پٹ پاور اور لائن وڈتھ کی قربانی دیتا ہے، لیکن سنگل فریکوئنسی آپریشن بہت مستحکم ہے۔

فائبر یمپلیفائر کو اعلی طاقتوں کو مزید وسعت دینے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔

Q-switched فائبر لیزرز

فائبر لیزر مختلف فعال یا غیر فعال Q سوئچز کا استعمال کرتے ہوئے دسیوں سے لے کر سینکڑوں نینو سیکنڈ تک کی لمبائی کے ساتھ دالیں پیدا کر سکتے ہیں۔ چند ملیجولز کی نبض کی توانائیاں بڑے موڈ ایریا ریشوں کے ساتھ حاصل کی جا سکتی ہیں، اور انتہائی صورتوں میں دسیوں ملی جولز تک پہنچ سکتی ہے، جو سنترپتی توانائی (یہاں تک کہ بڑے موڈ ایریا ریشوں کے ساتھ بھی) اور نقصان کی حد (چھوٹی دالوں کے لیے زیادہ واضح) کے ذریعے محدود ہوتی ہے۔ تمام فائبر ڈیوائسز (سوائے فری اسپیس آپٹکس) نبض کی توانائی میں محدود ہیں، کیونکہ وہ عام طور پر بڑے موڈ ایریا فائبرز اور موثر Q سوئچنگ کو نافذ نہیں کرسکتے ہیں۔

زیادہ لیزر حاصل کرنے کی وجہ سے، فائبر لیزرز میں کیو سوئچنگ بلک لیزرز سے فطرت میں بہت مختلف ہے اور زیادہ پیچیدہ ہے۔ ٹائم ڈومین میں عام طور پر ایک سے زیادہ اسپائکس ہوتے ہیں، اور یہ بھی ممکن ہے کہ Q-switched دالیں جن کی لمبائی گونجنے والے راؤنڈ ٹرپ ٹائم سے کم ہو۔

موڈ لاکڈ فائبر لیزرز پکوسیکنڈ یا فیمٹوسیکنڈ دالیں پیدا کرنے کے لیے زیادہ پیچیدہ ریزونیٹرز (الٹرا شارٹ فائبر لیزر) استعمال کرتے ہیں۔ یہاں، لیزر ریزونیٹر میں ایک فعال ماڈیولیٹر یا کچھ سیر شدہ جذب کرنے والے ہوتے ہیں۔ سیر شدہ جذب کرنے والوں کو نان لائنر پولرائزیشن گردشی اثرات یا نان لائنر فائبر لوپ آئینے کا استعمال کرکے محسوس کیا جاسکتا ہے۔ نان لائنر لوپ آئینے کا استعمال کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر، شکل 8 میں "فگر-آف-ایٹ لیزر" میں، جہاں بائیں جانب ایک مین ریزونیٹر اور ایک نان لائنر فائبر کی انگوٹھی ہوتی ہے جو راؤنڈ ٹرپ الٹرا شارٹ دالوں کو بڑھانے، شکل دینے اور مستحکم کرنے کے لیے ہوتی ہے۔ خاص طور پر ہارمونک موڈ لاکنگ میں، اضافی آلات کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے ذیلی کیویٹیز جو آپٹیکل فلٹرز کے طور پر استعمال ہوتی ہیں۔