عام لیزر سسٹمز کی ایک وسیع رینج ہے جو مختلف ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتی ہے جیسے میٹریل پروسیسنگ، لیزر سرجری، اور ریموٹ سینسنگ، لیکن بہت سے لیزر سسٹمز میں کلیدی پیرامیٹرز ہوتے ہیں۔ ان پیرامیٹرز کے لیے عام اصطلاحات کا قیام مواصلاتی غلطیوں کو روکتا ہے، اور ان کو سمجھنا لیزر سسٹم اور اجزاء کو درخواست کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے درست طریقے سے بیان کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
شکل 1: ایک عام لیزر میٹریل پروسیسنگ سسٹم کا اسکیمیٹک ڈایاگرام، جہاں لیزر سسٹم کے 10 کلیدی پیرامیٹرز میں سے ہر ایک کو متعلقہ نمبر سے ظاہر کیا جاتا ہے۔
بنیادی پیرامیٹرز
مندرجہ ذیل بنیادی پیرامیٹرز لیزر سسٹمز کے سب سے بنیادی تصورات ہیں، اور مزید جدید نکات کو سمجھنے کے لیے بھی اہم ہیں۔
1: طول موج (عام اکائیاں: nm سے um)
لیزر کی طول موج خارج ہونے والی روشنی کی لہر کی مقامی تعدد کو بیان کرتی ہے۔ دیے گئے استعمال کے معاملے کے لیے بہترین طول موج انتہائی درخواست پر منحصر ہے۔ مختلف مواد میں مادی پروسیسنگ میں طول موج پر منحصر جذب کی منفرد خصوصیات ہوں گی، جس کے نتیجے میں مواد کے ساتھ مختلف تعاملات ہوں گے۔ اسی طرح، ماحول کا جذب اور مداخلت ریموٹ سینسنگ میں مخصوص طول موج کو مختلف طریقے سے متاثر کرے گی، اور مختلف کمپلیکس طبی لیزر ایپلی کیشنز میں مخصوص طول موج کو مختلف طریقے سے جذب کریں گے۔ چھوٹے طول موج کے لیزر اور لیزر آپٹکس کم سے کم پیریفرل ہیٹنگ کے ساتھ چھوٹی اور درست خصوصیات بنانے کے لیے فائدہ مند ہیں کیونکہ فوکل اسپاٹ چھوٹا ہے۔ تاہم، وہ عام طور پر زیادہ مہنگے ہوتے ہیں اور طویل طول موج کے لیزرز کے مقابلے میں نقصان کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں۔
2: طاقت اور توانائی (عام اکائیاں: W یا J)
لیزر کی طاقت کو واٹس (W) میں ماپا جاتا ہے اور اسے مسلسل لہر (CW) لیزر کی آپٹیکل پاور آؤٹ پٹ یا پلسڈ لیزر کی اوسط طاقت کو بیان کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ پلسڈ لیزرز ان کی نبض کی توانائی سے بھی نمایاں ہوتے ہیں، جو اوسط طاقت کے متناسب اور لیزر کی تکرار کی شرح کے الٹا متناسب ہوتے ہیں (شکل 2)۔ توانائی کی پیمائش Joules (J) میں کی جاتی ہے۔
شکل 2: نبض کی توانائی، تکرار کی شرح، اور پلس لیزر کی اوسط طاقت کے درمیان تعلق کی بصری نمائندگی
زیادہ طاقت اور توانائی کے لیزر عام طور پر زیادہ مہنگے ہوتے ہیں، اور وہ زیادہ فضلہ حرارت پیدا کرتے ہیں۔ طاقت اور توانائی میں اضافے کے ساتھ ہی بیم کے اعلیٰ معیار کو برقرار رکھنا بھی مشکل ہوتا جا رہا ہے۔
3: نبض کا دورانیہ (عام اکائیاں: fs سے ms)
لیزر پلس کا دورانیہ یا نبض کی چوڑائی کو عام طور پر لیزر آپٹیکل پاور بمقابلہ وقت کی نصف زیادہ سے زیادہ (FWHM) پر مکمل چوڑائی کے طور پر بیان کیا جاتا ہے (شکل 3)۔ الٹرا فاسٹ لیزر ایپلی کیشنز کی ایک رینج میں بہت سے فوائد پیش کرتے ہیں جن میں صحت سے متعلق مواد کی پروسیسنگ اور میڈیکل لیزر شامل ہیں۔ ان کی خصوصیت picoseconds (10-12 سیکنڈ) سے attoseconds (10-18 اور اس سے کم) کی ترتیب کے مختصر نبض کے دورانیے سے ہوتی ہے۔
P(W)
1/ تکرار کی شرح
پبلک اکاؤنٹ کی خریداری کا وقت
شکل 3: پلسڈ لیزر کی دالیں وقت کے ساتھ تکرار کی شرح کے الٹا سے الگ ہوجاتی ہیں۔
4: تکرار کی شرح (عام یونٹس: ہرٹز سے میگاہرٹز)
پلس لیزر کی تکرار کی شرح یا نبض کی تکرار فریکوئنسی فی سیکنڈ خارج ہونے والی دالوں کی تعداد یا الٹا وقت نبض وقفہ (شکل 3) کو بیان کرتی ہے۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، تکرار کی شرح نبض کی توانائی کے الٹا متناسب ہے اور اوسط طاقت کے براہ راست متناسب ہے۔ اگرچہ تکرار کی شرح عام طور پر لیزر گین میڈیم پر منحصر ہوتی ہے، لیکن یہ بہت سے معاملات میں مختلف ہو سکتی ہے۔ اعلی تکرار کی شرح لیزر آپٹکس کی سطح پر اور آخری فوکس پر مختصر تھرمل ریلیکس ٹائمز کا نتیجہ ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں مواد کو تیز تر گرم کیا جاتا ہے۔
5: ہم آہنگی کی لمبائی (عام اکائیاں: ملی میٹر سے میٹر)
لیزر مربوط ہے، جس کا مطلب ہے کہ مختلف اوقات یا مقامات پر برقی رویں مربوط ہیں۔ فیلڈ مرحلے کی اقدار کے درمیان ایک مقررہ رشتہ ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ لیزرز، زیادہ تر دیگر قسم کے روشنی کے ذرائع کے برعکس، محرک اخراج سے پیدا ہوتے ہیں۔ ہم آہنگی کی لمبائی ایک فاصلے کی وضاحت کرتی ہے جس پر لیزر لائٹ کی دنیاوی ہم آہنگی لیزر لائٹ کے پورے پھیلاؤ کے دوران مستقل رہتی ہے، عمل کے دوران انحطاط کے بغیر۔
6: پولرائزیشن
پولرائزیشن روشنی کی لہر کے برقی میدان کی سمت کی وضاحت کرتا ہے، "یہ ہمیشہ پھیلاؤ کی سمت کے لیے کھڑا ہوتا ہے۔ زیادہ تر معاملات میں، لیزر لائٹ لکیری طور پر پولرائزڈ ہو گی، یعنی خارج ہونے والا برقی میدان ہمیشہ ایک ہی سمت کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ غیر قطبی روشنی پولرائزیشن کی ڈگری کو عام طور پر دو آرتھوگونل پولرائزیشن سٹیٹس کی آپٹیکل پاور کے تناسب کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے، جیسے کہ 100:1 یا 500:1۔
بیم کے پیرامیٹرز
مندرجہ ذیل پیرامیٹرز لیزر بیم کی شکل اور معیار کو نمایاں کرتے ہیں۔
7: بیم کا قطر (عام یونٹس: ملی میٹر سے سینٹی میٹر)
لیزر کے بیم کا قطر شہتیر کی پس منظر کی توسیع کو ظاہر کرتا ہے، یا اس کے جسمانی سائز کو پھیلاؤ کی سمت کے لیے کھڑا کرتا ہے۔ اسے عام طور پر 1/e2 چوڑائی کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، جو کہ 1/e2 (=13.5%) تک بیم کی شدت کی چوڑائی ہے۔ 1/e2 پوائنٹ پر، برقی میدان کی شدت 1/e (=37%) تک گر جاتی ہے۔ بیم کا قطر جتنا بڑا ہوگا، بیم کی کٹائی سے بچنے کے لیے آپٹکس اور پورے نظام کو اتنا ہی بڑا ہونا چاہیے، جس سے لاگت بڑھ جاتی ہے۔ تاہم، بیم کے قطر میں کمی سے طاقت/توانائی کی کثافت بڑھ جاتی ہے، جو نقصان دہ بھی ہو سکتی ہے۔
8: طاقت یا توانائی کی کثافت (عام یونٹس: W/cm2 سے MWicm2 یا uJ/cm2 سے J/cm2)
بیم کا قطر لیزر بیم کی طاقت/توانائی کی کثافت سے متعلق ہے۔ توانائی کی کثافت، یا فی یونٹ رقبہ آپٹیکل پاور/انرجی کی مقدار۔ بیم کا قطر جتنا بڑا ہوگا، مستقل طاقت یا توانائی کے لیے بیم کی طاقت/توانائی کی کثافت اتنی ہی کم ہوگی۔ سسٹم کے آخری آؤٹ پٹ پر زیادہ طاقت/توانائی کی کثافت اکثر مطلوبہ ہوتی ہے (مثال کے طور پر لیزر کٹنگ یا ویلڈنگ میں)، لیکن کم طاقت/توانائی کا ارتکاز اکثر لیزر سے ہونے والے نقصان کو روکنے کے لیے سسٹم کے اندر فائدہ مند ہوتا ہے۔ یہ بیم کے اعلی طاقت/توانائی کی کثافت والے علاقوں کو ہوا کو آئنائز کرنے سے بھی روکتا ہے۔ ان وجوہات کی بناء پر، دوسروں کے درمیان، لیزر بیم کو پھیلانے والے اکثر قطر کو بڑھانے اور اس طرح لیزر سسٹم کے اندر طاقت/توانائی کی کثافت کو کم کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ تاہم، اس بات کا خیال رکھا جانا چاہیے کہ شہتیر کو بہت زیادہ نہ پھیلایا جائے تاکہ یہ سسٹم میں موجود یپرچرز سے بلاک ہو جائے، جس کے نتیجے میں توانائی ضائع ہوتی ہے اور ممکنہ نقصان ہوتا ہے۔
9: بیم پروفائل
لیزر کا بیم پروفائل بیم کے کراس سیکشن پر تقسیم شدہ شدت کو بیان کرتا ہے۔ عام بیم پروفائلز میں گاوسی بیم اور فلیٹ ٹاپ بیم شامل ہیں، جن کے بیم پروفائلز بالترتیب گاوسی فنکشن اور فلیٹ ٹاپ فنکشن کی پیروی کرتے ہیں (شکل 4)۔ تاہم، کوئی بھی لیزر مکمل طور پر گاوسی یا مکمل طور پر فلیٹ ٹاپ شہتیر تیار نہیں کر سکتا جس میں بیم پروفائل ہو جو اس کی خصوصیت سے بالکل مماثل ہو، کیونکہ لیزر کے اندر ہمیشہ گرم دھبوں یا اتار چڑھاو کی ایک خاص مقدار ہوتی ہے۔ لیزر کے اصل بیم پروفائل اور مثالی بیم پروفائل کے درمیان فرق کو اکثر میٹرکس کے ذریعے بیان کیا جاتا ہے جس میں لیزر کے M2 فیکٹر شامل ہیں۔
گاوسی اور فلیٹ ٹاپ بیم پروفائلز
شکل 4: گاوسی بیم کے بیم پروفائلز اور مساوی اوسط طاقت یا شدت کے فلیٹ ٹاپ بیم کا موازنہ ظاہر کرتا ہے کہ گاوسی بیم کی چوٹی کی شدت فلیٹ ٹاپ بیم سے دوگنا ہے۔
10: انحراف (عام اکائیاں: mrad)
جب کہ لیزر بیم کو اکثر کولیمیٹڈ سمجھا جاتا ہے، ان میں ہمیشہ ایک خاص مقدار میں انحراف ہوتا ہے، جو اس ڈگری کو بیان کرتا ہے جس میں شعاع لیزر کی شہتیر کی کمر سے بڑھتے ہوئے فاصلوں پر پھیلنے کی وجہ سے ہٹ جاتی ہے۔ طویل کام کرنے والی دوری کی ایپلی کیشنز میں، جیسے LiDAR سسٹم، جہاں اشیاء لیزر سسٹم سے سینکڑوں میٹر دور ہو سکتی ہیں، انحراف ایک خاص اہم مسئلہ بن جاتا ہے۔ شہتیر کے انحراف کو اکثر لیزر کے نصف زاویہ سے بیان کیا جاتا ہے، اور گاوسی بیم (0) کے انحراف کی تعریف اس طرح کی جاتی ہے:
W لیزر کی طول موج ہے اور w0 لیزر کی بیم کمر ہے
سسٹم کے حتمی پیرامیٹرز
یہ حتمی پیرامیٹرز آؤٹ پٹ پر لیزر سسٹم کی کارکردگی کو بیان کرتے ہیں۔
11: جگہ کا سائز (عام یونٹس: um)
فوکسڈ لیزر بیم کا اسپاٹ سائز فوکسنگ لینس سسٹم کے فوکس میں بیم کے قطر کو بیان کرتا ہے۔ بہت سی ایپلی کیشنز جیسے کہ میٹریل پروسیسنگ اور میڈیکل سرجری میں، مقصد جگہ کے سائز کو کم سے کم کرنا ہے۔ یہ طاقت کی کثافت کو زیادہ سے زیادہ کرتا ہے اور خاص طور پر عمدہ خصوصیات کی تخلیق کی اجازت دیتا ہے (شکل 5)۔ کروی عدسے کو کم کرنے اور چھوٹے فوکل اسپاٹ سائز پیدا کرنے کے لیے اکثر روایتی کروی لینز کی بجائے اسفیرک لینز کا استعمال کیا جاتا ہے۔ کچھ قسم کے لیزر سسٹم بالآخر لیزر کو کسی جگہ پر فوکس نہیں کرتے، ایسی صورت میں یہ پیرامیٹر لاگو نہیں ہوتا ہے۔
شکل 5: اطالوی انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں لیزر مائیکرو مشیننگ کے تجربات نینو سیکنڈ لیزر ڈرلنگ سسٹم میں جب اسپاٹ سائز کو 220um سے 9um تک کم کر کے ایک مستقل بہاؤ کی شرح سے کم کر دیا جاتا ہے تو اس میں 10-گنا اضافہ ہوتا ہے۔
12: کام کا فاصلہ (عام یونٹس: um to m)
لیزر سسٹم کا کام کرنے والا فاصلہ عام طور پر حتمی آپٹیکل عنصر (عام طور پر فوکس کرنے والا لینس) سے اس چیز یا سطح تک جسمانی فاصلے کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جس پر لیزر فوکس کیا جاتا ہے۔ کچھ ایپلی کیشنز، جیسے میڈیکل لیزرز، عام طور پر کام کی دوری کو کم سے کم کرنے کی کوشش کرتے ہیں، جب کہ دیگر، جیسے کہ ریموٹ سینسنگ، عام طور پر اپنے کام کی دوری کی حد کو زیادہ سے زیادہ کرنا چاہتے ہیں۔
