حالیہ برسوں میں، 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی تیزی سے مختلف صنعتوں، خاص طور پر صحت سے متعلق مینوفیکچرنگ اور آپٹکس میں استعمال ہوتی رہی ہے۔ جرمنی کی یونیورسٹی آف اسٹٹ گارٹ کے محققین کی ایک ٹیم نے حال ہی میں ایکاہم پیش رفتجب انہوں نے پہلی بار یہ ظاہر کیا کہ 3D پرنٹ شدہ پولیمر پر مبنی چھوٹے آپٹکس لیزر کے اندر پیدا ہونے والی حرارت اور طاقت کو برداشت کرنے کے قابل ہیں۔ یہ دریافت سستے، کمپیکٹ، اور مستحکم لیزر ذرائع کی تعمیر کے لیے راہ ہموار کرتی ہے جو کہ ایپلی کیشن کے مختلف منظرناموں میں انتہائی اہم ہیں، خاص طور پر خود ڈرائیونگ کاروں میں استعمال ہونے والے LIDAR سسٹمز میں۔
یونیورسٹی آف اسٹٹ گارٹ کے انسٹی ٹیوٹ آف فزکس IV میں تحقیقی ٹیم کے سربراہ سائمن اینگزٹنبرگر نے کہا: "3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے، ہم نے لیزر کے اندر موجود شیشے کے ریشوں پر براہ راست اعلیٰ معیار کے مائیکرو آپٹکس بنائے ہیں، جس سے اس کے سائز کو نمایاں طور پر کم کیا گیا ہے۔ یہ پہلی بار ہے کہ اس طرح کے 3D پرنٹ شدہ آپٹکس کو ایک حقیقی لیزر میں استعمال کیا گیا ہے، جو ان کی اعلیٰ نقصان برداشت کرنے کی حد اور استحکام کو مکمل طور پر ظاہر کرتے ہیں۔"
جرنل آپٹکس لیٹرز میں، ٹیم تفصیل سے بتاتی ہے کہ کس طرح انہوں نے 3D نے مائیکرو آپٹکس کو براہ راست آپٹیکل فائبر پر پرنٹ کیا، اس طرح ایک ہی لیزر آسیلیٹر میں فائبر کو لیزر کرسٹل کے ساتھ مضبوطی سے ملایا۔ ہائبرڈ لیزر 20 میگاواٹ سے زیادہ کی آؤٹ پٹ پاور اور 37 میگاواٹ کی زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ 1063.4 nm پر مستحکم طور پر کام کرنے کے قابل تھا۔
نیا لیزر فائبر لیزرز کے کمپیکٹ پن، مضبوطی، اور کم لاگت کے فوائد کو کرسٹل پر مبنی سالڈ سٹیٹ لیزرز کے فوائد کے ساتھ جوڑتا ہے، جس میں مختلف طاقتوں اور رنگوں جیسی کارکردگی کی خصوصیات کی ایک وسیع رینج ہوتی ہے۔ تھری ڈی پرنٹ شدہ لینس کا استعمال کرتے ہوئے فائبر کپلڈ لیزر کا ڈیزائن تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔
سائمن انگسٹنبرگر نے نوٹ کیا، "اب تک، تھری ڈی پرنٹڈ آپٹکس کا استعمال بنیادی طور پر کم طاقت والے منظرناموں میں کیا گیا ہے، جیسے اینڈوسکوپی۔ تاہم، ہم ان ٹیکنالوجیز کی صلاحیت کو زیادہ طاقت والے ایپلی کیشنز، جیسے فوٹو لیتھوگرافی اور لیزر مارکنگ کے لیے ظاہر کرتے ہیں۔ کہ یہ تھری ڈی مائیکرو آپٹکس براہ راست آپٹیکل ریشوں پر چھپی ہوئی روشنی کی بڑی مقدار کو ایک نقطہ پر مرکوز کر سکتے ہیں، جو کہ ادویات میں استعمال ہونے والی ایپلی کیشنز میں بہت اہمیت کی حامل ہے، جیسے کہ کینسر کے خلیات کی درست تباہی۔"
آپٹیکل ریشوں پر براہ راست مائیکرو اسکیل لینز بنانا
اسٹٹ گارٹ یونیورسٹی میں انسٹی ٹیوٹ آف فزکس IV کے پاس 3D پرنٹ شدہ مائیکرو آپٹکس کے شعبے میں وسیع تحقیقی تجربہ ہے، جس میں آپٹیکل فائبرز پر براہ راست پرنٹنگ میں خاص مہارت ہے۔ وہ 3D پرنٹنگ کا طریقہ استعمال کرتے ہیں جسے "ٹو فوٹون پولیمرائزیشن" کہا جاتا ہے، جس میں ایک اورکت لیزر کو UV-حساس فوٹو ریزسٹ میں مرکوز کیا جاتا ہے۔
لیزر کے فوکل ایریا میں، ایک ہی وقت میں دو انفراریڈ فوٹون جذب ہوتے ہیں، جو UV مزاحمت کو بڑھاتے ہیں۔ فوکل پوائنٹ کو حرکت دے کر، اعلیٰ درستگی کے ساتھ متعدد شکلیں بنائی جا سکتی ہیں۔ یہ ٹکنالوجی نہ صرف چھوٹے آپٹکس کی تشکیل کے قابل بناتی ہے بلکہ نئے فنکشنز جیسے فری فارم آپٹیکل عناصر یا پیچیدہ لینس سسٹم کی تخلیق کو بھی قابل بناتی ہے۔
یہ تھری ڈی پرنٹ شدہ اجزاء پولیمر سے بنے ہیں، اور ہمیں یقین نہیں تھا کہ آیا وہ لیزر کیویٹی میں پیدا ہونے والی بڑی مقدار میں حرارت اور آپٹیکل پاور کو برداشت کر پائیں گے،" سائمن انگسٹنبرگر کہتے ہیں۔ تاہم، بعد میں پتہ چلا کہ کوئی نقصان نہیں ہوا۔ کئی گھنٹوں تک لیزر کو طویل عرصے تک چلانے کے بعد بھی لینز پر، جو ان کے انتہائی اعلی استحکام کو ثابت کرتا ہے۔"
اس تازہ ترین مطالعہ میں، محققین نے Nanoscribe کے ذریعے تیار کردہ ایک 3D پرنٹر کا استعمال کیا جس کا قطر 0.25 ملی میٹر اور اسی قطر کے آپٹیکل ریشوں کے آخر میں 80 μm کی اونچائی کے ساتھ دو- فوٹون پولیمرائزیشن (تصویر 2)۔ اس عمل میں آپٹکس کو ڈیزائن کرنا، تھری ڈی پرنٹر میں فائبر داخل کرنا، اور پھر فائبر کے آخر میں مائیکرو اسٹرکچر کو ٹھیک ٹھیک پرنٹ کرنا شامل ہے، جس کے لیے پرنٹ شدہ ریشوں کی سیدھ میں اور خود پرنٹنگ میں اعلیٰ درجے کی درستگی کی ضرورت ہوتی ہے۔
ہائبرڈ لیزر بنانا
3D پرنٹنگ مکمل ہونے کے بعد، ٹیم نے لیزر اور لیزر کیویٹی کو جمع کرنے کا فیصلہ کیا۔ روایتی لیزر کیویٹیز کے برعکس جو بھاری اور مہنگے آئینے کا استعمال کرتے ہیں، انہوں نے گہا کا حصہ بنانے کے لیے ریشوں کا استعمال کیا، جس سے ایک منفرد ہائبرڈ فائبر کرسٹل لیزر بنایا گیا۔ اس ڈیزائن میں، فائبر کے سرے پر چھپی ہوئی چھوٹے لینز کا استعمال لیزر کرسٹل کے ذریعے خارج ہونے والی اور موصول ہونے والی روشنی کو فوکس کرنے اور جمع کرنے یا جوڑنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ نظام کے استحکام کو بہتر بنانے اور ہوا کی ہنگامہ خیزی کے اثرات کو کم کرنے کے لیے، محققین نے فائبر کو ہولڈر میں محفوظ کیا۔ خاص طور پر، کرسٹل اور پرنٹ شدہ لینس کا سائز 5 × 5 cm² ہے۔
کئی گھنٹوں تک لیزر کی پاور آؤٹ پٹ کو مسلسل ریکارڈ کرکے، محققین نے تصدیق کی کہ سسٹم میں تھری ڈی پرنٹ شدہ آپٹکس کی کارکردگی میں کوئی کمی نہیں آئی اور اس نے لیزر کی طویل مدتی آپریشنل تاثیر کو متاثر نہیں کیا۔ اس کے علاوہ، سکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ کا استعمال کرتے ہوئے لیزر کیوٹی میں آپٹکس کے مشاہدے سے کوئی ظاہری نقصان نہیں ہوا۔ سائمن انگسٹنبرگر نے نوٹ کیا، "ہم نے محسوس کیا کہ پرنٹ شدہ آپٹکس کمرشل فائبر بریگ گریٹنگ کے مقابلے میں زیادہ مستحکم تھے، جس نے بالآخر ہماری زیادہ سے زیادہ طاقت کو محدود کردیا۔"
تحقیقی ٹیم فی الحال 3D پرنٹ شدہ آپٹکس کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے کام کر رہی ہے۔ وہ آپٹیمائزڈ فری فارم لینس اور اسفیریکل لینس ڈیزائن کے ساتھ بڑے آپٹیکل فائبر استعمال کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں یا آؤٹ پٹ پاور کو بڑھانے کے لیے براہ راست فائبر پر لینس کے امتزاج کو پرنٹ کرنے کی کوشش کرتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، وہ لیزرز میں مختلف قسم کے کرسٹل استعمال کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں، جو مخصوص ایپلی کیشنز کے لیے آؤٹ پٹ کی خصوصیات کی تخصیص اور اصلاح کو قابل بنائے گی۔
