مور نے "انٹیگریٹڈ سرکٹ میں مزید اجزاء کو ٹھیک کرنے" کا تصور کیا - اس کے بعد، ہر 7 سال میں فی چپ ٹرانزسٹروں کی تعداد میں 10 گنا اضافہ ہوا۔ اتفاقی طور پر، ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز اسی طرح کی کفایتی شرحوں پر فائبر میں مزید فوٹون شامل کرتے ہیں (شکل 1 دیکھیں)۔
تصویر 1. ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی چمک اور مور کے قانون کے ساتھ موازنہ
ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی چمک میں بہتری نے مختلف غیر متوقع ٹیکنالوجیز کی ترقی کو فروغ دیا ہے۔ اگرچہ اس رجحان کو جاری رکھنے کے لیے مزید جدت طرازی کی ضرورت ہے، لیکن یہ یقین کرنے کی وجہ ہے کہ سیمی کنڈکٹر لیزر ٹیکنالوجی کی اختراع مکمل ہونے سے بہت دور ہے۔ معروف طبیعیات مسلسل تکنیکی ترقی کے ذریعے سیمی کنڈکٹر لیزرز کی کارکردگی کو مزید بہتر بنا سکتی ہے۔
مثال کے طور پر، کوانٹم ڈاٹ گین میڈیا موجودہ کوانٹم ویل ڈیوائسز کے مقابلے کارکردگی میں نمایاں اضافہ کر سکتا ہے۔ سست محور کی چمک شدت میں بہتری کی صلاحیت کا ایک اور ترتیب پیش کرتی ہے۔ بہتر تھرمل اور توسیعی مماثلت کے ساتھ نئے پیکیجنگ مواد مسلسل پاور ایڈجسٹمنٹ اور آسان تھرمل مینجمنٹ کے لیے درکار اضافہ فراہم کریں گے۔ یہ اہم پیش رفت آنے والی دہائیوں میں ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی ترقی کے لیے ایک روڈ میپ فراہم کرے گی۔
ڈایڈڈ پمپ ٹھوس ریاست اور فائبر لیزرز
ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز میں بہتری نے ڈاون اسٹریم لیزر ٹیکنالوجیز کی ترقی کو ممکن بنایا ہے۔ ڈاون اسٹریم لیزر ٹیکنالوجیز میں، سیمی کنڈکٹر لیزرز کا استعمال (پمپ) ڈوپڈ کرسٹل (ڈائیوڈ پمپڈ سالڈ اسٹیٹ لیزرز) یا ڈوپڈ فائبرز (فائبر لیزرز) کے لیے کیا جاتا ہے۔
اگرچہ سیمی کنڈکٹر لیزر اعلی کارکردگی، کم لاگت لیزر توانائی فراہم کرتے ہیں، دو اہم حدود ہیں: وہ توانائی کو ذخیرہ نہیں کرتے ہیں اور ان کی چمک محدود ہے۔ بنیادی طور پر ان دو لیزرز کو کئی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کرنے کی ضرورت ہے: ایک بجلی کو لیزر کے اخراج میں تبدیل کرنے کے لیے اور دوسرا لیزر کے اخراج کی چمک کو بڑھانے کے لیے۔
ڈایڈڈ پمپڈ سالڈ سٹیٹ لیزرز۔ 1980 کی دہائی کے آخر میں، ٹھوس ریاست کے لیزرز کو پمپ کرنے کے لیے سیمی کنڈکٹر لیزرز کے استعمال نے تجارتی ایپلی کیشنز میں مقبولیت حاصل کرنا شروع کی۔ ڈائیوڈ پمپڈ سالڈ سٹیٹ لیزرز (DPSSL) تھرمل مینجمنٹ سسٹمز (بنیادی طور پر دوبارہ گردش کرنے والے کولر) کے سائز اور پیچیدگی کو بہت حد تک کم کرتے ہیں اور ایسے ماڈیولز حاصل کرتے ہیں جن میں سالڈ سٹیٹ لیزر کرسٹل پمپ کرنے کے لیے تاریخی طور پر مشترکہ آرک لیمپ ہوتے ہیں۔
سیمی کنڈکٹر لیزرز کی طول موج کا انتخاب سالڈ سٹیٹ لیزر گین میڈیم کی سپیکٹرل جذب خصوصیات کے ساتھ ان کے اوورلیپ کی بنیاد پر کیا جاتا ہے۔ آرک لیمپ کے وسیع بینڈ کے اخراج کے سپیکٹرم کے مقابلے گرمی کا بوجھ بہت کم ہو گیا ہے۔ 1064 nm جرمینیم پر مبنی لیزرز کی مقبولیت کی وجہ سے، 808 nm پمپ طول موج 20 سال سے زیادہ عرصے سے سیمی کنڈکٹر لیزرز میں سب سے بڑی طول موج بن گئی ہے۔
ملٹی موڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز کی چمک میں اضافے اور 2000 کے وسط میں والیوم بریگ گریٹنگز (VBGs) کے ساتھ تنگ ایمیٹر لائن کی چوڑائی کو مستحکم کرنے کی صلاحیت کے ساتھ، بہتر ڈائیوڈ پمپنگ کی کارکردگی کی دوسری نسل حاصل کی گئی۔ 880 nm کے ارد گرد کمزور اور واضح طور پر تنگ جذب خصوصیات ہائی برائٹنس پمپ ڈائیوڈس کے لیے گرم مقامات بن گئے ہیں۔ یہ ڈایڈڈ سپیکٹرل استحکام حاصل کر سکتے ہیں۔ یہ اعلیٰ کارکردگی والے لیزر سیلیکون میں لیزر کے اوپری سطح 4F3/2 کو براہ راست پرجوش کر سکتے ہیں، کوانٹم نقائص کو کم کر سکتے ہیں، اس طرح اعلی اوسط کے بنیادی طریقوں کو نکالنے میں بہتری لاتے ہیں جو بصورت دیگر تھرمل لینسز کے ذریعے محدود ہوں گے۔
2010 کے آغاز تک، ہم نے سنگل کراس موڈ 1064nm لیزر اور مرئی اور الٹرا وایلیٹ بینڈز میں کام کرنے والے فریکوئنسی کنورژن لیزرز کی متعلقہ سیریز کے ہائی پاور اسکیلنگ کے رجحان کو دیکھا ہے۔ Nd:YAG اور Nd:YVO4 کی طویل ہائی انرجی سٹیٹ لائف ٹائمز کی وجہ سے، یہ DPSSL Q سوئچنگ آپریشنز ہائی پلس انرجی اور چوٹی پاور فراہم کرتے ہیں، جو انہیں ابلیٹیو میٹریل پروسیسنگ اور اعلی درستگی والی مائیکرو مشیننگ ایپلی کیشنز کے لیے مثالی بناتے ہیں۔
فائبر آپٹک لیزر. فائبر لیزرز ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی چمک کو تبدیل کرنے کا زیادہ موثر طریقہ فراہم کرتے ہیں۔ اگرچہ طول موج-ملٹی پلیکسڈ آپٹکس نسبتاً کم برائٹ سیمی کنڈکٹر لیزر کو ایک روشن سیمی کنڈکٹر لیزر میں تبدیل کر سکتے ہیں، لیکن یہ سپیکٹرل چوڑائی اور آپٹو مکینیکل پیچیدگی کی قیمت پر ہے۔ فائبر لیزرز کو فوٹو میٹرک تبادلوں میں خاص طور پر موثر دکھایا گیا ہے۔
1990 کی دہائی میں متعارف کرائے گئے ڈبل پوش ریشوں میں ملٹی موڈ کلیڈنگ سے گھرا ہوا سنگل موڈ ریشوں کا استعمال کیا جاتا ہے، جس سے زیادہ طاقت والے، کم لاگت والے ملٹی موڈ سیمی کنڈکٹر پمپڈ لیزرز کو موثر طریقے سے فائبر میں داخل کیا جا سکتا ہے، جس سے ایک زیادہ اقتصادی طریقہ پیدا ہوتا ہے۔ ایک روشن لیزر میں ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزر۔ ytterbium (Yb) ڈوپڈ ریشوں کے لیے، پمپ 915 nm پر مرکوز ایک وسیع جذب یا 976 nm کے ارد گرد ایک تنگ بینڈ کی خصوصیت کو اکساتا ہے۔ جیسے جیسے پمپ کی طول موج فائبر لیزر کی لیزنگ طول موج کے قریب آتی ہے، نام نہاد کوانٹم نقائص کم ہو جاتے ہیں، اس طرح کارکردگی زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے اور گرمی کی کھپت کی مقدار کم ہوتی ہے۔
فائبر لیزرز اور ڈایڈڈ پمپڈ سالڈ سٹیٹ لیزرز دونوں ڈائیوڈ لیزر کی چمک میں بہتری پر انحصار کرتے ہیں۔ عام طور پر، جیسے جیسے ڈائیوڈ لیزرز کی چمک میں بہتری آتی جا رہی ہے، لیزر پاور کا تناسب جو وہ پمپ کرتے ہیں، بھی بڑھ رہا ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کی بڑھتی ہوئی چمک زیادہ موثر چمک کی تبدیلی کی سہولت فراہم کرتی ہے۔
جیسا کہ ہم توقع کریں گے، مستقبل کے نظاموں کے لیے مقامی اور سپیکٹرل چمک ضروری ہو گی، جو کم کوانٹم ڈیفیکٹ پمپنگ کو سالڈ سٹیٹ لیزرز میں تنگ جذب خصوصیات کے ساتھ اور براہ راست سیمی کنڈکٹر لیزر ایپلی کیشنز کے لیے گھنے ویو لینتھ ملٹی پلیکسنگ کے قابل بنائے گی۔ منصوبہ ممکن ہو جاتا ہے۔
مارکیٹ اور ایپلی کیشن
ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی ترقی نے بہت سے اہم ایپلی کیشنز کو ممکن بنایا ہے۔ ان لیزرز نے بہت سی روایتی ٹیکنالوجیز کی جگہ لے لی ہے اور نئی مصنوعات کی اقسام کو نافذ کیا ہے۔
فی دہائی لاگت اور کارکردگی میں 10 گنا اضافے کے ساتھ، ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز غیر متوقع طریقوں سے مارکیٹ کے معمول کے عمل میں خلل ڈالتے ہیں۔ اگرچہ مستقبل کی ایپلی کیشنز کی درست پیشین گوئی کرنا مشکل ہے، لیکن گزشتہ تین دہائیوں کی ترقی کی تاریخ کا جائزہ لینا اور اگلی دہائی کی ترقی کے لیے فریم ورک کے امکانات فراہم کرنا بہت اہم ہے (شکل 2 دیکھیں)۔
تصویر 2. ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزر برائٹنس فیول ایپلی کیشن (معیاری لاگت فی واٹ چمک)
1980 کی دہائی: آپٹیکل اسٹوریج اور ابتدائی طاق ایپلی کیشنز۔ آپٹیکل اسٹوریج سیمی کنڈکٹر لیزر انڈسٹری میں پہلی بڑے پیمانے پر ایپلی کیشن ہے۔ ہال کی طرف سے پہلی بار انفراریڈ سیمی کنڈکٹر لیزر دکھانے کے تھوڑی دیر بعد، جنرل الیکٹرکس نک ہولونیاک نے بھی پہلا نظر آنے والا سرخ سیمی کنڈکٹر لیزر دکھایا۔ بیس سال بعد، کومپیکٹ ڈسکس (سی ڈیز) مارکیٹ میں متعارف کروائی گئیں، اس کے بعد آپٹیکل اسٹوریج مارکیٹ آئی۔
سیمی کنڈکٹر لیزر ٹیکنالوجی کی مسلسل جدت نے آپٹیکل سٹوریج ٹیکنالوجیز جیسے ڈیجیٹل ورسٹائل ڈسک (DVD) اور Blu-ray Disc (BD) کی ترقی کا باعث بنی ہے۔ یہ سیمی کنڈکٹر لیزرز کے لیے پہلی بڑی مارکیٹ ہے، لیکن عام طور پر بجلی کی معمولی سطح دیگر ایپلی کیشنز کو نسبتاً چھوٹی مخصوص مارکیٹوں جیسے تھرمل پرنٹنگ، میڈیکل ایپلی کیشنز، اور منتخب ایرو اسپیس اور دفاعی ایپلی کیشنز تک محدود کرتی ہے۔
1990 کی دہائی: آپٹیکل نیٹ ورک غالب ہیں۔ 1990 کی دہائی میں، سیمی کنڈکٹر لیزر مواصلاتی نیٹ ورکس کی کلید بن گئے۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کا استعمال فائبر آپٹک نیٹ ورکس پر سگنلز کی ترسیل کے لیے کیا جاتا ہے، لیکن آپٹیکل ایمپلیفائرز کے لیے زیادہ طاقت والے سنگل موڈ پمپ لیزرز آپٹیکل نیٹ ورکس کے پیمانے کو حاصل کرنے اور انٹرنیٹ ڈیٹا کی حقیقی معنوں میں ترقی کی حمایت کرنے کے لیے اہم ہیں۔
ٹیلی کمیونیکیشن کی صنعت میں جو تیزی لائی گئی ہے وہ دور رس ہے، اسپیکٹرا ڈیوڈ لیبز (SDL) کو مثال کے طور پر ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزر انڈسٹری کے پہلے علمبرداروں میں سے ایک ہے۔ 1983 میں قائم کیا گیا، SDL نیوپورٹ گروپ کے لیزر برانڈز سپیکٹرا فزکس اور زیروکس کے درمیان ایک مشترکہ منصوبہ ہے۔ یہ 1995 میں تقریباً $100 ملین کی مارکیٹ کیپٹلائزیشن کے ساتھ شروع کیا گیا تھا۔ پانچ سال بعد، SDL ٹیلی کام انڈسٹری کی چوٹی کے دوران JDSU کو $40 بلین سے زیادہ میں فروخت کیا گیا، جو تاریخ میں ٹیکنالوجی کے سب سے بڑے حصول میں سے ایک ہے۔ اس کے فوراً بعد، ٹیلی کمیونیکیشن کا بلبلہ پھٹ گیا اور کھربوں ڈالر کا سرمایہ تباہ ہو گیا، جسے اب تاریخ کے سب سے بڑے بلبلے کے طور پر دیکھا جاتا ہے۔
2000 کی دہائی: لیزر ایک آلہ بن گئے۔ اگرچہ ٹیلی کمیونیکیشنز مارکیٹ کے بلبلے کا پھٹنا انتہائی تباہ کن ہے، لیکن ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز میں بڑی سرمایہ کاری نے وسیع پیمانے پر اپنانے کی بنیاد رکھی ہے۔ کارکردگی اور لاگت میں اضافے کے ساتھ، یہ لیزر روایتی گیس لیزرز یا دیگر توانائی کے تبادلوں کے ذرائع کو مختلف عملوں میں تبدیل کرنے لگے ہیں۔
سیمی کنڈکٹر لیزرز ایک وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا ٹول بن چکے ہیں۔ صنعتی ایپلی کیشنز روایتی مینوفیکچرنگ کے عمل جیسے کاٹنے اور سولڈرنگ سے لے کر نئی جدید مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجیز جیسے 3D پرنٹ شدہ دھاتی حصوں کی اضافی تیاری تک ہوتی ہیں۔ مائیکرو مینوفیکچرنگ ایپلی کیشنز زیادہ متنوع ہیں، کیونکہ اہم مصنوعات جیسے اسمارٹ فونز کو ان لیزرز کے ساتھ تجارتی بنایا گیا ہے۔ ایرو اسپیس اور دفاعی ایپلی کیشنز میں مشن کے لیے اہم ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج شامل ہے اور اس میں مستقبل میں اگلی نسل کے دشاتمک توانائی کے نظام بھی شامل ہوں گے۔
خلاصہ
50 سال سے زیادہ پہلے، مور نے طبیعیات کا کوئی نیا بنیادی قانون تجویز نہیں کیا تھا، لیکن ان انٹیگریٹڈ سرکٹس میں زبردست بہتری لائی تھی جن کا دس سال پہلے پہلے مطالعہ کیا گیا تھا۔ اس کی پیشن گوئی کئی دہائیوں تک جاری رہی اور اپنے ساتھ 1965 میں ناقابل تصور اختراعات کا ایک سلسلہ لے کر آئی۔
جب ہال نے 50 سال سے زیادہ پہلے سیمی کنڈکٹر لیزرز کا مظاہرہ کیا، تو اس نے تکنیکی انقلاب کو جنم دیا۔ جیسا کہ مور کے قانون کے ساتھ ہے، کوئی بھی تیز رفتار ترقی کی پیشین گوئی نہیں کر سکتا ہے کہ بڑی تعداد میں اختراعات کے ذریعے حاصل کیے گئے ہائی انٹینسٹی سیمی کنڈکٹر لیزر بعد میں گزریں گے۔
ان تکنیکی بہتریوں کو کنٹرول کرنے کے لیے طبیعیات میں کوئی بنیادی اصول نہیں ہے، لیکن مسلسل تکنیکی ترقی لیزر کو چمک کے لحاظ سے آگے بڑھا سکتی ہے۔ یہ رجحان روایتی ٹکنالوجیوں کو بدلتا رہے گا، اس طرح چیزوں کو تیار کرنے کے طریقے کو مزید بدلتا رہے گا۔ اقتصادی ترقی کے لیے زیادہ اہم، ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزر نئی چیزوں کی پیدائش کو بھی فروغ دیں گے۔
کاپی رائٹ @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Fiber Optic Modules, Fiber Coupled Lasers Manufacturers, Laser Components Suppliers جملہ حقوق محفوظ ہیں۔