ان چار ٹیکنالوجیز پر ایک ساتھ بحث کی گئی ہے کیونکہ یہ سب لیزر گونج کی آؤٹ پٹ خصوصیات کو براہ راست متاثر کرتی ہیں۔
1. موڈ کا انتخاب:
موڈ سلیکشن دراصل فریکوئنسی سلیکشن ہے۔ زیادہ تر لیزر بڑی آؤٹ پٹ انرجی حاصل کرنے کے لیے لمبی گونج والی گہاوں کا استعمال کرتے ہیں، جو لیزر آؤٹ پٹ کو ملٹی موڈ بناتا ہے۔ تاہم، ہائی آرڈر موڈز کے مقابلے میں، بنیادی ٹرانسورس موڈ (TEM00 موڈ) میں ہائی برائٹنس، چھوٹے ڈائیورجنس زاویہ، یکساں ریڈیل لائٹ انٹینسٹی ڈسٹری بیوشن، اور سنگل دولن فریکوئنسی کی خصوصیات ہیں، اور بہترین مقامی اور وقتی مداخلت لہذا، واحد بنیادی ٹرانسورس موڈ لیزر ایک مثالی مربوط روشنی کا ذریعہ ہے، جو لیزر انٹرفیومیٹری، سپیکٹرل تجزیہ، اور لیزر پروسیسنگ جیسے ایپلی کیشنز کے لیے بہت اہم ہے۔ ان شرائط کو پورا کرنے کے لیے، ملٹی موڈ لیزرز میں زیادہ تر گونجنے والی فریکوئنسیوں کے آپریشن کو دبانے کے لیے لیزر اوسلیشن موڈ کو محدود کرنے کے اقدامات کو اپنانا چاہیے، اور سنگل موڈ سنگل فریکوئنسی لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لیے موڈ سلیکشن ٹیکنالوجی کا استعمال کرنا چاہیے۔
موڈ سلیکشن کو دو طریقوں میں تقسیم کیا گیا ہے: ایک لیزر طولانی موڈ کا انتخاب، اور دوسرا لیزر ٹرانسورس موڈ کا انتخاب۔ پہلے کا لیزر کی آؤٹ پٹ فریکوئنسی پر زیادہ اثر پڑتا ہے اور یہ لیزر کی ہم آہنگی کو بہت بہتر بنا سکتا ہے: مؤخر الذکر بنیادی طور پر لیزر آؤٹ پٹ کی روشنی کی شدت کی یکسانیت کو متاثر کرتا ہے اور لیزر کی چمک کو بہتر بناتا ہے۔
طول بلد موڈ کا انتخاب: روشنی کی شہتیر کی یک رنگی اور ہم آہنگی کی لمبائی کو بہتر بنانے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ لیزر کو واحد طول بلد موڈ میں کام کرے۔ تاہم، بہت سے لیزرز میں اکثر ایک ہی وقت میں کئی طول بلد موڈز ہوتے ہیں۔ لہذا، ایک واحد طول بلد موڈ لیزر ڈیزائن کرنے کے لیے، تعدد انتخاب کا طریقہ استعمال کرنا ضروری ہے۔ عام طریقوں میں شامل ہیں: شارٹ کیویٹی میتھڈ، فیبری پل آف ایٹلون طریقہ، تھری ریفلیکٹر طریقہ وغیرہ۔
2) ٹرانسورس موڈ سلیکشن: لیزر آسکیلیشن کی شرط یہ ہے کہ نفع کا گتانک نقصان کے گتانک سے زیادہ ہونا چاہیے۔ نقصان کو ٹرانسورس موڈ آرڈر سے متعلق تفاوت کے نقصان اور دوغلی موڈ سے غیر متعلق دیگر نقصانات میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔ بنیادی ٹرانسورس موڈ سلیکشن کا نچوڑ یہ ہے کہ TEM00 موڈ کو دوغلی حالت تک پہنچایا جائے، جب کہ ہائی آرڈر ٹرانسورس موڈ کی دولن کو دبا دیا جاتا ہے۔ لہذا، ٹرانسورس موڈ کو منتخب کرنے کا مقصد صرف ہر اعلی آرڈر موڈ کے ٹرانسمیشن نقصان کو کنٹرول کرکے حاصل کیا جا سکتا ہے. عام طور پر، جب تک کہ TEM01 موڈ اور TEM10 موڈ کے دوغلے جو کہ بنیادی ٹرانسورس موڈ سے ایک آرڈر زیادہ ہیں، کو دبایا جا سکتا ہے، دوسرے اعلیٰ ترتیب والے طریقوں کے دوغلے کو دبایا جا سکتا ہے۔ عام طریقوں میں شامل ہیں: یپرچر کا طریقہ، فوکس کرنے والا یپرچر کا طریقہ اور مقعد-محدب گہا، Q-switching کا استعمال کرتے ہوئے موڈ کا انتخاب، وغیرہ۔ انٹرا کیویٹی دوربین کا طریقہ،
2. تعدد استحکام:
لیزر کے موڈ سلیکشن کے ذریعے سنگل فریکوئنسی دولن حاصل کرنے کے بعد، اندرونی اور بیرونی حالات میں تبدیلیوں کی وجہ سے، گونجنے والی فریکوئنسی اب بھی پوری لکیری چوڑائی میں حرکت کرے گی۔ اس رجحان کو "فریکوئنسی ڈرفٹ" کہا جاتا ہے۔ بڑھے ہوئے وجود کی وجہ سے، لیزر فریکوئنسی استحکام کا مسئلہ پیدا ہوتا ہے۔ فریکوئنسی اسٹیبلائزیشن کا مقصد ان قابل کنٹرول عوامل کو کنٹرول کرنے کی کوشش کرنا ہے تاکہ دولن فریکوئنسی کے ساتھ ان کی مداخلت کو کم سے کم کیا جا سکے، اس طرح لیزر فریکوئنسی کے استحکام کو بہتر بنایا جائے۔
تعدد استحکام میں دو پہلو شامل ہیں: تعدد استحکام اور تعدد تولیدی صلاحیت۔ تعدد کا استحکام ذیلی مسلسل کام کے وقت کے دوران لیزر کے فریکوئنسی بڑھے ہوئے دوغلی فریکوئنسی کے تناسب سے مراد ہے۔ تناسب جتنا چھوٹا ہوگا، تعدد کا استحکام اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ جب لیزر مختلف ماحول میں استعمال کیا جاتا ہے تو تعدد کی تولیدی صلاحیت تعدد میں نسبتا تبدیلی ہے۔ تعدد استحکام کے طریقوں کو غیر فعال اور فعال اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے۔ تعدد کو مستحکم کرنے کے مخصوص طریقے ہیں: لیمب سیگ طریقہ اور سنترپتی جذب کرنے کا طریقہ۔
3. کیو سوئچنگ:
عام طور پر، سالڈ سٹیٹ پلس لیزرز کے ذریعے ہلکی دھڑکنوں کی پیداوار واحد ہموار دالیں نہیں ہوتیں، بلکہ مائیکرو سیکنڈ کی سطح پر مختلف شدتوں کے ساتھ چھوٹی سپائیک دالوں کا ایک سلسلہ ہوتا ہے۔ یہ ہلکی نبض کی ترتیب سینکڑوں مائیکرو سیکنڈز یا ایک سیکنڈ کے چند دسویں حصے تک رہتی ہے، اور اس کی چوٹی کی طاقت صرف دسیوں کلو واٹ ہے، جو لیزر ریڈار اور لیزر رینج جیسی عملی ایپلی کیشنز کی ضروریات کو پورا کرنے سے بہت دور ہے۔ اس وجہ سے، کچھ لوگوں نے Q-switching کا تصور پیش کیا ہے، جس نے لیزر دالوں کی آؤٹ پٹ کارکردگی کو شدت کے کئی آرڈرز سے بہتر کیا ہے، نبض کی چوڑائی کو نینو سیکنڈ کی سطح تک کمپریس کیا ہے، اور چوٹی کی طاقت گیگا واٹ کے برابر ہے۔
Q سے مراد لیزر گونجنے والی گہا کے معیار کا عنصر ہے۔ مخصوص فارمولہ Q=2n*انرجی ہے جو گونجنے والی گہا میں ذخیرہ شدہ توانائی/ہر دوسلن سائیکل میں ضائع ہوتی ہے۔
کیو سوئچنگ کا اصول: پمپنگ کے آغاز میں گونجنے والی گہا کو زیادہ نقصان اور کم Q قدر والی حالت میں بنانے کے لیے ایک خاص طریقہ استعمال کیا جاتا ہے۔ اس وقت، لیزر دولن کی حد بہت زیادہ ہے، اور یہاں تک کہ اگر ذرہ کثافت کا الٹا نمبر بہت زیادہ سطح پر جمع ہو جائے، تو یہ دوغلا پن پیدا نہیں کرے گا: جب ذرہ الٹا نمبر چوٹی کی قیمت تک پہنچ جاتا ہے، گہا کی Q قدر میں اچانک اضافہ ہو جاتا ہے، جس کی وجہ سے لیزر میڈیم کا فائدہ حد سے زیادہ ہو جائے گا اور بہت تیزی سے دوغلا پن پیدا ہو گا۔ اس وقت، میٹاسٹیبل حالت میں ذخیرہ شدہ ذرات کی توانائی تیزی سے فوٹون کی توانائی میں تبدیل ہو جائے گی۔ فوٹون بہت زیادہ شرح سے بڑھتے ہیں، اور لیزر اعلی چوٹی کی طاقت اور تنگ چوڑائی کے ساتھ لیزر پلس کو آؤٹ پٹ کر سکتا ہے۔
چونکہ گونجنے والی گہا کے نقصان میں عکاسی کا نقصان، جذب نقصان، تفاوت کا نقصان، بکھرنے کا نقصان اور ٹرانسمیشن نقصان شامل ہے، مختلف قسم کے نقصانات کو کنٹرول کرنے کے لیے مختلف Q- سوئچنگ ٹیکنالوجیز بنانے کے لیے مختلف طریقے استعمال کیے جاتے ہیں۔ فی الحال، عام Q-switching ٹیکنالوجیز ہیں: acousto-optic Q-switching، electro-optic Q-switching اور dy Q-switching.
4. موڈ لاکنگ:
کیو سوئچنگ مائیکرو سیکنڈز کے آرڈر کی پلس چوڑائی اور گیگا واٹ کے آرڈر کی چوٹی کی طاقت کے ساتھ لیزر پلس کو حاصل کرنے کے لیے لیزر پلس کی چوڑائی کو سکیڑ سکتی ہے۔ موڈ لاکنگ ٹکنالوجی ایک ایسی ٹیکنالوجی ہے جو لیزر کو ایک خاص طریقے سے مزید ماڈیول کرتی ہے، جس سے لیزر میں ہر ایک طول بلد موڈ کے مرحلے کو درست کرنے پر مجبور کیا جاتا ہے، تاکہ ہر موڈ کو الٹرا شارٹ پلس حاصل کرنے کے لیے مربوط طریقے سے سپرمپوز کیا جائے۔ موڈ لاکنگ ٹکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے، الٹرا شارٹ لیزر دالیں جس کی پلس چوڑائی فیمٹوسیکنڈ کے آرڈر کی ہے اور ٹی واٹ کے آرڈر سے زیادہ چوٹی کی طاقت حاصل کی جا سکتی ہے۔ موڈ لاکنگ ٹکنالوجی لیزر توانائی کو وقت کے ساتھ بہت زیادہ مرتکز بناتی ہے اور فی الحال ہائی پیک پاور لیزرز حاصل کرنے کے لئے سب سے جدید ٹیکنالوجی ہے۔
موڈ لاکنگ کا اصول: عام طور پر، غیر یکساں طور پر وسیع شدہ لیزر ہمیشہ متعدد طول بلد موڈز تیار کرتے ہیں۔ چونکہ ہر موڈ کی فریکوئنسی اور ابتدائی مرحلے کے درمیان کوئی قطعی تعلق نہیں ہے، اس لیے موڈ ایک دوسرے کے ساتھ متضاد ہیں، اس لیے متعدد طول بلد موڈز کے ذریعے روشنی کی شدت کی پیداوار ہر طول بلد موڈ کا غیر مربوط اضافہ ہے۔ آؤٹ پٹ روشنی کی شدت میں وقت کے ساتھ ساتھ بے قاعدگی سے اتار چڑھاؤ آتا ہے۔ موڈ لاکنگ متعدد طول بلد موڈز کو اجازت دیتا ہے جو گونجنے والے گہا میں موجود ہو سکتے ہیں ہم وقت سازی سے دوہر سکتے ہیں، ہر دولن موڈ کے فریکوئنسی وقفوں کو برابر رکھتا ہے اور ان کے ابتدائی مراحل کو مستقل رکھتا ہے، تاکہ لیزر وقت کے ساتھ باقاعدہ اور مساوی وقفوں کے ساتھ ایک مختصر نبض کی ترتیب نکالے۔
Mode-locking technology is divided into active mode locking and passive mode locking. Active mode locking: insert a modulator with a modulation frequency v=c/2L into the resonance to modulate the amplitude and phase of the laser output to achieve synchronous vibration of each longitudinal mode. Passive mode locking: insert a dye box with saturated absorption characteristics into the laser cavity. The absorption coefficient of the dye box with saturable absorption characteristics will decrease with the increase of light intensity. In the laser, as the optical pump excites the working material, each longitudinal mode will occur randomly, and the light field will fluctuate in intensity due to their superposition. When some longitudinal modes are coherently enhanced by chance, parts with stronger light intensity appear, while other parts are weaker. These stronger parts are less absorbed by the dye and have little loss. The weaker parts are absorbed more by the dye and become weaker. As a result of the light field passing through the dye many times, the strong and weak parts are clearly distinguished, and eventually these longitudinal mode coherently enhanced parts are selected in the form of narrow pulses. Passive mode locking has certain requirements for the optical properties of the dye box: the absorption line of the dye must be very close to the laser wavelength; the line width of the absorption line must be >= لیزر لائن کی چوڑائی؛ آرام کا وقت اس وقت سے کم ہونا چاہیے جو نبض کو ایک بار آگے پیچھے سفر کرنے میں لگتا ہے۔
