آج تک تنگ لائن وڈتھ لیزرز کی ترقی میں، لیزر فیڈ بیک میکانزم کا ارتقا لیزر گونجنے والے ڈھانچے کے ارتقاء کا مترادف رہا ہے۔ ذیل میں، لیزر ریزونیٹرز کے ارتقاء کی ترتیب میں تنگ لائن وڈتھ لیزر ٹیکنالوجیز کی مختلف ترتیبیں متعارف کرائی گئی ہیں۔
سنگل مین کیویٹی لیزرز کو ساختی طور پر لکیری گہاوں اور انگوٹی گہاوں میں، اور گہا کی لمبائی کے لحاظ سے، مختصر گہا اور لمبی گہا کے ڈھانچے میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ شارٹ کیویٹی لیزرز میں ایک بڑا طول بلد موڈ اسپیسنگ ہوتا ہے، جو سنگل لانگٹیوڈنل موڈ (SLM) آپریشن کو حاصل کرنے کے لیے زیادہ فائدہ مند ہے، لیکن ایک وسیع اندرونی گہا لائن وڈتھ اور شور کو دبانے میں دشواری کا شکار ہے۔ لمبی گہا والے ڈھانچے فطری طور پر تنگ لکیر کی چوڑائی کی خصوصیات کو ظاہر کرتے ہیں اور لچکدار ترتیب کے ساتھ متنوع آپٹیکل آلات کے انضمام کی اجازت دیتے ہیں۔ تاہم، ان کا تکنیکی چیلنج ضرورت سے زیادہ چھوٹے طول بلد موڈ میں وقفہ کاری کی وجہ سے SLM آپریشن کو حاصل کرنے میں مضمر ہے۔
لیزر مین گہاوں کی کلاسک ترتیب کے طور پر، لکیری گہا ایک سادہ ساخت، اعلی کارکردگی، اور آسان ہیرا پھیری جیسے فوائد کا حامل ہے۔ تاریخی طور پر، پہلی حقیقی لیزر بیم F-P لکیری گہا کی ساخت کا استعمال کرتے ہوئے تیار کی گئی تھی۔ سائنس اور ٹیکنالوجی میں بعد میں ہونے والی ترقیوں کے ساتھ، F-P ڈھانچہ کو سیمی کنڈکٹر لیزرز، فائبر لیزرز، اور سالڈ سٹیٹ لیزرز میں بڑے پیمانے پر اپنایا گیا ہے۔
رِنگ کیویٹی کلاسک لکیری گہا کی ایک ترمیم ہے، جو آپٹیکل سگنلز کی سائیکلک ایمپلیفیکیشن حاصل کرنے کے لیے کھڑے لہروں کے میدانوں کو سفری لہروں سے بدل کر لکیری گہاوں کی مقامی سوراخ کرنے والی خرابی پر قابو پاتی ہے۔ فائبر آپٹک آلات کی ترقی سے کارفرما، لچکدار آل فائبر ڈھانچے کے ساتھ فائبر لیزرز نے وسیع توجہ حاصل کی ہے اور گزشتہ دو دہائیوں کے دوران لیزرز کا سب سے تیزی سے بڑھنے والا زمرہ بن گیا ہے۔
نان پلانر رِنگ آسکیلیٹر (NPRO) لیزرز ایک خاص ٹریولنگ ویو لیزر کنفیگریشن کی نمائندگی کرتے ہیں۔ عام طور پر، اس طرح کے لیزرز کا مرکزی گہا یک سنگی کرسٹل پر مشتمل ہوتا ہے، جو لیزر پولرائزیشن کی حالت کو کرسٹل کے اختتامی چہرے کی عکاسی اور بیرونی مقناطیسی میدان کے ذریعے منظم کرتا ہے تاکہ یک طرفہ لیزر آپریشن کو محسوس کیا جا سکے۔ یہ ڈیزائن لیزر ریزونیٹر کے تھرمل بوجھ کو بہت حد تک کم کرتا ہے، طول موج اور طاقت میں غیر معمولی استحکام فراہم کرتا ہے، اور تنگ لائن وڈتھ کی خصوصیات کو نمایاں کرتا ہے۔
ضرورت سے زیادہ مختصر گہا کی لمبائی اور زیادہ اندرونی نقصان جیسے عوامل کی وجہ سے محدود، انٹرا کیویٹی فیڈ بیک پر مبنی F-P لکیری کیویٹی سنگل کیوٹی لیزر کنفیگریشنز محدود فوٹوون کے تعامل کے وقت اور گین میڈیم سے بے ساختہ اخراج کو ختم کرنے میں دشواری کا شکار ہیں۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، محققین نے واحد بیرونی گہا فیڈ بیک کنفیگریشن کی تجویز پیش کی۔ بیرونی گہا فوٹوون کے تعامل کے وقت کو طول دینے اور فلٹر شدہ فوٹان کو مرکزی گہا میں فیڈ کرنے کا کام کرتا ہے، اس طرح لیزر کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے اور لائن وڈتھ کو کمپریس کرتا ہے۔ مقامی آپٹکس پر مبنی ابتدائی سادہ بیرونی گہا کے ڈھانچے، جیسے لِٹرو اور لِٹ مین کنفیگریشن، پیوریفائیڈ لیزر سگنلز کو لیزر مین گہا میں دوبارہ داخل کرنے کے لیے گریٹنگز کی سپیکٹرل ڈسپریشن صلاحیت کا استعمال کرتے ہیں، لائن وڈتھ کمپریشن حاصل کرنے کے لیے مرکزی گہا پر فریکوئنسی کھینچتے ہیں۔ اس واحد بیرونی گہا کی ساخت کو بعد میں فائبر لیزرز اور سیمی کنڈکٹر لیزرز تک بڑھا دیا گیا۔
سنگل ایکسٹرنل کیویٹی فیڈ بیک لیزر کنفیگریشن کا تکنیکی چیلنج بیرونی گہا اور مرکزی گہا کے درمیان فیز میچنگ میں ہے۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ بیرونی گہا فیڈ بیک سگنل کا مقامی مرحلہ لیزر تھریشولڈ، فریکوئنسی، اور رشتہ دار آؤٹ پٹ پاور کا تعین کرنے کے لیے اہم ہے، اور لیزر طول بلد موڈ فیڈ بیک سگنل کی شدت اور مرحلے کے لیے انتہائی حساس ہوتے ہیں۔
ڈی بی آر لیزر کنفیگریشن
لیزر سسٹمز کے استحکام کو بڑھانے اور طول موج کے انتخابی آلات کو مرکزی گہا کے ڈھانچے میں ضم کرنے کے لیے، DBR کنفیگریشن تیار کی گئی تھی۔ F-P ریزونیٹر کی بنیاد پر ڈیزائن کیا گیا، DBR ریزونیٹر آپٹیکل فیڈ بیک فراہم کرنے کے لیے F-P ڈھانچے کے آئینے کو متواتر غیر فعال بریگ ڈھانچے سے بدل دیتا ہے۔ لیزر مداخلت کے طریقوں پر بریگ ڈھانچے کے متواتر کنگھی فلٹرنگ اثر کی وجہ سے، DBR مین گہا فطری طور پر فلٹرنگ خصوصیات کا حامل ہے۔ مختصر گہا کے ڈھانچے کے ذریعہ فراہم کردہ بڑے طول بلد موڈ وقفہ کاری کے ساتھ مل کر، SLM آپریشن آسانی سے حاصل کیا جاتا ہے۔ اگرچہ متواتر بریگ ڈھانچہ اصل میں مکمل طور پر طول موج کے انتخاب کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا، گہا ساخت کے نقطہ نظر سے، یہ فیڈ بیک سطحوں کی بڑھتی ہوئی تعداد کے ساتھ سنگل گہا کی ساخت کے ارتقاء کی بھی نمائندگی کرتا ہے۔
گین میڈیم کے لحاظ سے درجہ بندی، ڈی بی آر لیزرز میں سیمی کنڈکٹر لیزرز اور فائبر لیزرز شامل ہیں۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کا سیمی کنڈکٹر مواد اور مائیکرو نینو پروسیسنگ ٹیکنالوجیز کے ساتھ فیبریکیشن مطابقت میں قدرتی فائدہ ہوتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے بہت سے عمل، جیسے ثانوی ایپیٹیکسی، کیمیائی بخارات جمع کرنا، سٹیپ فوٹو لیتھوگرافی، نینو پرنٹنگ، الیکٹران بیم ایچنگ، اور آئن اینچنگ، کو سیمی کنڈکٹر لیزرز کی تحقیق اور تانے بانے پر براہ راست لاگو کیا جا سکتا ہے۔
DBR فائبر لیزرز DBR سیمی کنڈکٹر لیزرز کے مقابلے میں بعد میں ابھرے، جو بنیادی طور پر فائبر ویو گائیڈ پروسیسنگ اور اعلیٰ ارتکاز والی ملٹی ڈوپنگ ٹیکنالوجیز کی ترقی سے محدود ہیں۔ فی الحال، عام فائبر ویو گائیڈ فیبریکیشن تکنیکوں میں آکسیجن ڈیفیکٹ فیز ماسکنگ اور فیمٹوسیکنڈ لیزر پروسیسنگ شامل ہیں، جب کہ ہائی ارتکاز فائبر ڈوپنگ ٹیکنالوجیز میں ترمیم شدہ کیمیائی بخارات جمع (MCVD) اور سطح پلازما کیمیائی بخارات جمع (SCVD) شامل ہیں۔
Bragg gratings پر مبنی ایک اور ریزونیٹر ڈھانچہ DFB کنفیگریشن ہے۔ ڈی ایف بی لیزر مین کیویٹی بریگ ڈھانچے کو فعال خطے کے ساتھ مربوط کرتی ہے اور طول موج کے انتخاب کے لیے ڈھانچے کے مرکز میں ایک فیز شفٹ خطہ متعارف کراتی ہے۔ جیسا کہ تصویر 3(b) میں دکھایا گیا ہے، یہ کنفیگریشن اعلیٰ درجے کے انضمام اور ساختی اتحاد کو نمایاں کرتی ہے، اور DBR ڈھانچوں میں شدید طول موج کے بڑھنے اور موڈ ہاپنگ جیسے مسائل کو کم کرتی ہے، جو اسے موجودہ مرحلے میں سب سے زیادہ مستحکم اور عملی لیزر کنفیگریشن بناتی ہے۔
ڈی ایف بی لیزرز کا تکنیکی چیلنج گریٹنگ ڈھانچے کی تیاری میں ہے۔ ڈی بی آر سیمی کنڈکٹر لیزرز میں گریٹنگ فیبریکیشن کے لیے دو بنیادی طریقے ہیں: سیکنڈری ایپیٹیکسی اور سطح کی اینچنگ۔ ریگرون گریٹنگ فیڈ بیک (RGF)-DFB سیمی کنڈکٹر لیزرز ثانوی ایپیٹیکسی اور فوٹو لیتھوگرافی کو استعمال کرتے ہیں تاکہ فعال علاقے میں کم ریفریکٹیو-انڈیکس گریٹنگس کا ایک سیٹ بڑھ سکے۔ یہ طریقہ فعال پرت کے ڈھانچے کو کم نقصان کے ساتھ محفوظ رکھتا ہے، جس سے ہائی-کیو ریزونیٹرز کی تعمیر میں آسانی ہوتی ہے۔ سرفیس گریٹنگ (SG)-DFB سیمی کنڈکٹر لیزرز میں فعال خطے کی سطح پر ایک گریٹنگ پرت کو براہ راست اینچ کرنا شامل ہے۔ یہ نقطہ نظر زیادہ پیچیدہ ہے، جس میں فعال خطے کے مواد اور ڈوپنگ آئنوں کے مطابق عین مطابق ایڈجسٹمنٹ کی ضرورت ہوتی ہے، اور زیادہ نقصان کی نمائش ہوتی ہے، پھر بھی مضبوط نظری قید اور اعلی موڈ کو دبانے کی صلاحیت پیش کرتا ہے۔
ڈی بی آر فائبر لیزرز کی طرح، ڈی ایف بی فائبر لیزرز فائبر ویو گائیڈ پروسیسنگ اور ہائی کنسٹریشن ڈوپڈ فائبر ٹیکنالوجیز میں پیشرفت پر انحصار کرتے ہیں۔ DBR فائبر لیزرز کے مقابلے میں، DFB فائبر لیزرز نایاب زمین کے آئنوں کی طول موج جذب کرنے کی خصوصیات کی وجہ سے گریٹنگ فیبریکیشن میں زیادہ چیلنجز پیش کرتے ہیں۔
شارٹ کیویٹی مین کیویٹی لیزرز جیسے ڈی ایف بی اور ڈی بی آر میں انٹرا کیویٹی فوٹوون کے تعامل کا وقت محدود ہوتا ہے، جس سے گہرے لائن وڈتھ کمپریشن مشکل ہوتا ہے۔ لائن وڈتھ کو مزید سکیڑنے اور شور کو دبانے کے لیے، اس طرح کی مختصر گہا کی مین کیوٹی کنفیگریشنز کو اکثر کارکردگی کی اصلاح کے لیے بیرونی گہا کے ڈھانچے کے ساتھ جوڑا جاتا ہے۔ عام بیرونی گہا کے ڈھانچے میں مقامی بیرونی گہا، فائبر بیرونی گہا، اور ویو گائیڈ بیرونی گہا شامل ہیں۔ فائبر آپٹک آلات اور ویو گائیڈ ڈھانچے کی ترقی سے پہلے، بیرونی گہا بنیادی طور پر مجرد آپٹیکل اجزاء کے ساتھ مل کر مقامی آپٹکس پر مشتمل ہوتی تھی۔ ان میں سے، گریٹنگ پر مبنی مقامی بیرونی گہا فیڈ بیک ڈھانچے بنیادی طور پر لٹرو اور لِٹ مین ڈیزائنز کو اپناتے ہیں، عام طور پر لیزر گین کیویٹی، کپلنگ لینسز، اور ڈفریکشن گریٹنگ پر مشتمل ہوتا ہے۔ گریٹنگ، فیڈ بیک عنصر کے طور پر، ویو لینتھ ٹیوننگ، موڈ سلیکشن، اور لائن وڈتھ کمپریشن کو قابل بناتی ہے۔
اس کے علاوہ، مقامی بیرونی گہا فیڈ بیک سٹرکچرز آپٹیکل فلٹرنگ ڈیوائسز کی ایک رینج کو شامل کر سکتے ہیں، جیسے F-P etalons، acousto-optic/electro-optic tunable filters، اور interferometers۔ یہ فلٹرنگ ڈیوائسز فطری طور پر موڈ سلیکشن کی صلاحیتوں کے مالک ہیں اور گریٹنگز کی جگہ لے سکتے ہیں۔ بعض ہائی-کیو F-P ایٹالون یہاں تک کہ سپیکٹرل تنگ اور لائن وڈتھ کمپریشن میں عکاس گریٹنگز کو پیچھے چھوڑ دیتے ہیں۔
فائبر آپٹک ڈیوائس ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، مقامی آپٹیکل ڈھانچے کو انتہائی مربوط، مضبوط فائبر ویو گائیڈز یا فائبر ڈیوائسز سے تبدیل کرنا لیزر سسٹم کے استحکام کو بہتر بنانے کے لیے ایک مؤثر حکمت عملی کی نمائندگی کرتا ہے۔ فائبر کی بیرونی گہاوں کو عام طور پر فائبر ڈیوائسز کو الگ کرکے تمام فائبر ڈھانچہ بنانے کے لیے بنایا جاتا ہے، جس میں اعلی انضمام، دیکھ بھال میں آسانی، اور مداخلت کے لیے مضبوط استثنیٰ پیش کیا جاتا ہے۔ فائبر ایکسٹرنل کیویٹی فیڈ بیک سٹرکچر سادہ فائبر لوپ فیڈ بیک، یا آل فائبر ریزونیٹرز، FBGs، فائبر F-P cavities، اور WGM ریزونیٹرز ہو سکتے ہیں۔
انٹیگریٹڈ ویو گائیڈ ایکسٹرنل کیویٹی فیڈ بیک سٹرکچرز کے ساتھ تنگ لائن وڈتھ لیزرز نے اپنے چھوٹے پیکیج سائز اور زیادہ مستحکم کارکردگی کی وجہ سے بڑے پیمانے پر توجہ مبذول کرائی ہے۔ بنیادی طور پر، ویو گائیڈ ایکسٹرنل کیوٹی فیڈ بیک انہی تکنیکی اصولوں کی پیروی کرتا ہے جو کہ فائبر ایکسٹرنل کیوٹی فیڈ بیک ہے، لیکن سیمی کنڈکٹر مواد اور مائیکرو نینو پروسیسنگ ٹیکنالوجیز کا تنوع زیادہ کمپیکٹ اور مستحکم لیزر سسٹمز کو قابل بناتا ہے، جس سے ویو گائیڈ ایکسٹرنل کیوٹی فیڈ بیک کی عملییت میں اضافہ ہوتا ہے۔ عام طور پر استعمال ہونے والے سیمی کنڈکٹر لیزر مواد میں Si، Si₃N₄، اور III-V مرکبات شامل ہیں۔
آپٹو الیکٹرانک دوغلی لیزر کنفیگریشن ایک خاص فیڈ بیک لیزر آرکیٹیکچر ہے، جہاں فیڈ بیک سگنل عام طور پر ایک برقی سگنل یا بیک وقت آپٹو الیکٹرانک فیڈ بیک ہوتا ہے۔ لیزرز پر لاگو ہونے والی ابتدائی آپٹو الیکٹرانک فیڈ بیک ٹیکنالوجی PDH فریکوئنسی اسٹیبلائزیشن تکنیک تھی، جو گہا کی لمبائی کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے برقی منفی فیڈ بیک کا استعمال کرتی ہے اور لیزر فریکوئنسی کو اسپیکٹرا کا حوالہ دینے کے لیے لاک کرتی ہے، جیسے کہ ہائی-کیو ریزونیٹر موڈز اور کولڈ ایٹم جذب لائنز۔ منفی فیڈ بیک ٹیوننگ کے ذریعے، لیزر ریزونیٹر ریئل ٹائم میں لیزر آپریٹنگ سٹیٹ سے مماثل ہو سکتا ہے، جس سے فریکوئنسی عدم استحکام کو 10⁻¹⁷ کی ترتیب تک کم کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، برقی فیڈ بیک اہم حدود سے دوچار ہے، بشمول سست ردعمل کی رفتار اور حد سے زیادہ پیچیدہ سروو سسٹم جس میں وسیع سرکٹری شامل ہے۔ ان عوامل کے نتیجے میں اعلی تکنیکی دشواری، سخت کنٹرول کی درستگی، اور لیزر سسٹم کے لیے زیادہ اخراجات ہوتے ہیں۔ مزید برآں، حوالہ کے ذرائع پر سسٹم کا مضبوط انحصار لیزر طول موج کو مخصوص فریکوئنسی پوائنٹس تک محدود رکھتا ہے، اس کے عملی اطلاق کو مزید محدود کرتا ہے۔
کاپی رائٹ @ 2020 شینزین باکس اوپٹرونکس ٹکنالوجی کمپنی ، لمیٹڈ - چین فائبر آپٹک ماڈیولز ، فائبر کے جوڑے لیزرز مینوفیکچررز ، لیزر اجزاء سپلائرز تمام حقوق محفوظ ہیں۔
