2um-5um درمیانی انفراریڈ لیزر کی اپنی منفرد ایپلی کیشنز ہیں: یہ بینڈ کئی فضا کی کھڑکیوں پر محیط ہے، جو اسے LIDAR، وایمنڈلیی کمیونیکیشنز، لیزر رینجنگ، الٹرا ہائی ریزولوشن فلکیاتی سپیکٹرو میٹرز کی انشانکن، اور آپٹو الیکٹرانک ڈٹیکشن کے لیے مفید بناتا ہے۔ وغیرہ [1] وسط اورکت بینڈ میں خصوصیت والی اسپیکٹرل لائنیں ہوتی ہیں جنہیں "مالیکیولر فنگر پرنٹس" کہا جاتا ہے، جو تیز رفتاری، ہائی ریزولوشن، ہائی سپیکٹرل حساسیت، وسط اورکت سپیکٹروسکوپی پیمائش کے ہائی سگنل ٹو شور کے تناسب کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں۔ ; 3um کے آس پاس کے پانی کے مالیکیولز میں جذب ہونے کی ایک مضبوط چوٹی ہوتی ہے تاکہ اسے بہت سے طبی کاموں میں استعمال کیا جا سکے۔ جذب اسپیکٹرل بینڈ کے مالیکیولر کوویلنٹ بانڈنگ میں واقع ہے، جو مالیکیولر مواد اور مالیکیولر قسم کی شناخت کا پتہ لگانے، سالماتی امیجنگ وغیرہ کو حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
تجارتی طور پر دستیاب وسط انفراریڈ لیزر ذرائع میں OPO پیرامیٹرک آسکیلیٹنگ لیزرز، سپر کانٹینیوم اسپیکٹرل لائٹ سورس، کوانٹم کاسکیڈ لیزرز، اور فائبر لیزرز شامل ہیں۔
وسط اورکت فائبر لیزر، وسط اورکت فائبر کے احساس کے مطابق، فعال اور غیر فعال پہلوؤں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، بنیادی طور پر ڈوپڈ نادر زمین پر مبنی وسط اورکت لیزر، جیسے Er3 پلس، Dy3 پلس ڈوپڈ ZBLAN فائبر لیزر شامل ہیں ; غیر لکیری اثر پر مبنی درمیانی اورکت لیزر، جیسے رامان لیزر، لیزر کا سپر کنٹینیوم سپیکٹرم؛ کھوکھلی کور آپٹیکل فائبر پر مبنی خصوصی ویو گائیڈ ڈھانچہ کے ساتھ، مختلف طول موج کو حاصل کرنے کے لیے مختلف گیسوں کے ساتھ۔ وسط اورکت لیزر کی مختلف طول موج۔ حالیہ برسوں میں، فائبر لیزر ٹیکنالوجی کی مسلسل ترقی اور پختگی کے ساتھ، وسط اورکت لیزر ٹیکنالوجی کے ارد گرد تحقیق گرم ہے، متعلقہ تجربات اور مصنوعات کی رپورٹیں لامتناہی ہیں، اور یہاں ہم صرف واحد طول موج کے درمیانی انفراریڈ فائبر لیزر پر بات کرتے ہیں۔ فعال فائبر حاصل کرنے پر۔
Er: ZBLAN فائبر آپٹک
ایک نایاب زمینی عنصر کے طور پر توانائی کی سطح کا ایک بھرپور ڈھانچہ ہے، ذرات 655 nm، 790 nm، اور 980 nm کی پمپ طول موج پر زمینی حالت جذب کے ذریعے اعلی توانائی کی سطح پر پرجوش ہوتے ہیں، اور 1.55 um اخراج سے تابکاری کی منتقلی کے ذریعے پیدا کیا جا سکتا ہے۔ 4I13/2 انرجی لیول سے 4I15/2 انرجی لیول، اور 4I11/2 انرجی لیول سے 4I13/2 انرجی لیول پر منتقل کر کے 2.8 um اخراج۔ 4F9/2 توانائی کی سطح سے 4I9/2 توانائی کی سطح تک پارٹیکل جمپ 3.5um اخراج پیدا کر سکتا ہے۔ فی الحال، یہ ایک نسبتاً مرکزی دھارے کا طریقہ ہے جس سے زیادہ ارتکاز ڈوپڈ Er: ZBLAN فائبرز سے 2.8um لیزنگ حاصل کی جاتی ہے [4]
فلورائیڈ فائبر 2-3um لائٹ آؤٹ پٹ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، سلفائیڈ فائبر 3-6.5um لائٹ آؤٹ پٹ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور 6.5um سے زیادہ طول موج ہیلائیڈ فائبر کے ساتھ آؤٹ پٹ ہو سکتی ہے۔ فلورائڈ فائبر بنیادی طور پر ایلومینیم فلورائڈ (AlF3)، ZBLAN (53 فیصد ZrF4-20 فیصد BaF2-4 فیصد LaF3-3 فیصد AlF3-20 فیصد NaF) یا انڈیم فلورائڈ (InF3) ، وغیرہ فلورائڈ کثیر اجزاء گلاس فائبر کے میٹرکس مواد کے طور پر. ZBLAN میں سے ایک فی الحال آپٹیکل فائبر زیادہ استعمال کیا جاتا ہے، نادر ارتھ ڈوپنگ حاصل کی جا سکتی ہے، اس کے لیے سلیکون پر مبنی آپٹیکل فائبر کے ساتھ فیوژن سپلائینگ کا عمل نسبتاً پختہ ہے، کمرشل آپٹیکل فائبر فیوژن سپلائینگ مشینیں استعمال کی جا سکتی ہیں، InF اور AlF فائبر کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ فائبر آپٹک ڈیوائس (جیسے کہ بیم کمبینر) اور فائبر آپٹک اینڈ کیپس کی تیاری کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ لیکن نمی کے لیے آسان فلورائیڈ فائبر کا بنیادی نقصان ہے۔
2.8um درمیانی اورکت مسلسل فائبر لیزر
1988 میں، بریرلی نے پہلے 2.7um Er3 پلس ڈوپڈ فائبر لیزر کی اطلاع دی[5]۔
1999 میں، Er:ZBLAN فائبر لیزر کی آؤٹ پٹ پاور نے واٹ پیمانے میں ایک پیش رفت حاصل کی، اور Jackson et al[6] نے Er3 پلس/Pr3 پلس کو-ڈوپڈ ZBLAN فائبر کا استعمال کرتے ہوئے 1.7 W کی لیزر آؤٹ پٹ حاصل کی۔
21 ویں صدی میں، فائبر کی تیاری کی ٹیکنالوجی اور فائبر لیزر ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، 3um-band lasers کی طاقت میں مزید اضافہ کیا گیا۔ ان میں جاپان کی کیوٹو یونیورسٹی، آسٹریلیا کی ایڈیلیڈ یونیورسٹی، کینیڈا کی لاول یونیورسٹی اور چین کی شینزین یونیورسٹی نے تجربہ گاہوں میں انتہائی شاندار تجرباتی پیش رفت کی اطلاع دی ہے۔
2015 میں، لاول یونیورسٹی، کینیڈا سے Fortin et al [7] نے ایک Er3 پلس ڈوپڈ فلورائیڈ فائبر لیزر کی اطلاع دی جس کی آؤٹ پٹ پاور 30.5 W اور آؤٹ پٹ ویو لینتھ 2938 nm ہے۔ اس نظام نے انٹرا کور اینچنگ پر مبنی فائبر بریگ گریٹنگ کا استعمال کیا، یعنی ZBLAN اور Er:ZBLAN ریشوں میں بالترتیب ہائی اور لو ریفلیکشن گریٹنگز کو 10 میٹر لمبی گونجنے والی گہا بنانے کے لیے جوڑا گیا، اور فائبر ٹیل اینڈ کو جوڑا گیا۔ 980 nm پمپنگ پر 16 فیصد کی مجموعی لیزر کارکردگی کے ساتھ، ڈیلیکیسینس کو کم کرنے اور لیزر کے استحکام کو بہتر بنانے کے لیے AlF3 اینڈ کیپ کے ساتھ۔
2018 میں، آئیڈین ایٹ ال [8]، لاول یونیورسٹی، کینیڈا، نے Er:ZBLAN فائبر کے پورے حصے میں گریٹنگ اینچنگ مکمل کی، اور ڈوئل پمپنگ موڈ میں مسلسل فائبر لیزر کا استعمال کرتے ہوئے 2.8 um پر 41.6 W کا لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا۔ . یہ ایک Er:ZBLAN درمیانی انفراریڈ فائبر لیزر کی سب سے زیادہ معلوم رپورٹ شدہ آؤٹ پٹ پاور ہے۔
2021 میں، شینزین یونیورسٹی سے چنیو گو ایٹ ال[10] نے چین میں 20W کی طاقت پر آل فائبر ڈھانچے کے ساتھ پہلی 2.8um درمیانی انفراریڈ لیزر آؤٹ پٹ کی اطلاع دی۔ استعمال شدہ Er3 پلس :ZrF4 ڈوپڈ فائبر کا قطر 15um ہے، ایک عددی یپرچر NA تقریباً 0.12 ہے، کل لمبائی 6.5m ہے، جذب کا گتانک 2-3dB/m@976nm ہے، اور ایک اعلیٰ عکاس گرٹنگ (99 فیصد HR-FBG) اور ایک کم عکاس گریٹنگ (10 فیصد OC-FBG) براہ راست ایک گین فائبر پر لکھا ہوا ہے، جس کی مرکز طول موج 2825 nm ہے، جو Er فائبر کے ساتھ ایک گونج گہا بناتی ہے۔ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ ▼ سلکان پر مبنی اور ZBLAN ریشوں کے فیوژن بانڈنگ کے عمل کے ساتھ ساتھ اختتامی کیپس اور غیر فعال ریشوں کے فیوژن بانڈنگ کے عمل کو رپورٹر کی ٹیم نے آزادانہ طور پر تیار کیا تھا، جس نے کلیڈنگ آپٹیکل فلٹرز کو گھڑا تھا۔ AlF3 فائبر اینڈ کیپس۔ آپٹیکل سے آپٹیکل تبادلوں کی کارکردگی 14.5 فیصد ہے جب پمپ پاور 140W ہے، 输出功率20.3W@2.8um۔
In 2023, the output power of a single-ended pumped mid-infrared fiber laser was increased to 33.8 W using a coated reflector and a homemade high-performance mid-infrared fiber endcap to provide resonant cavity feedback, combined with an efficient coupling technique for high-power pumped light, and the highest laser efficiency was obtained at a power level of >30 W. [21]
برسوں کی کوششوں کے بعد، فائبر لیزر ورکرز نے وسط اورکت فائبر کی پروسیسنگ کو بہت بہتر بنایا، تجارتی خصوصی فائبر پروسیسنگ آلات کا موجودہ استعمال، آپ کو فیوژن نقصان کم ہو سکتا ہے، وسط اورکت موڈ فیلڈ میچر، کمبینر/اسپلٹر میں استعمال کیا جاتا ہے۔ ، آؤٹ پٹ اینڈ کیپ، اور دیگر آلات کی ایک قسم، تاکہ درمیانی اورکت روشنی کے ذریعہ کی مصنوعات کی سطح کے تمام فائبر ڈھانچے کو شروع کیا جا سکے۔
درمیانی اورکت Q-pulsed فائبر لیزر
2020 میں، Sojka et al [11] نے ایک 30 W 975 nm لیزر پمپڈ 15 um کور ڈایا میٹر، 7 فیصد مولر کنسنٹریشن Er:ZBLAN ڈبل کلیڈنگ فائبر کا استعمال کیا تاکہ ایک فائبر کی اکوسٹو-آپٹک کیو ماڈیولڈ آؤٹ پٹ حاصل کی جا سکے۔ 10 kHz کی تکرار فریکوئنسی پر 2.8 um کی طول موج پر لیزر، اور 1. 1 میٹر لمبے Er: ZBLAN فائبر کے ساتھ 0. 821 kW کی اعلی طاقت کی نبض کے ساتھ 46 uJ کی پلس انرجی کے ساتھ لیزر آؤٹ پٹ نبض کی چوڑائی 56 این ایس۔ 2021 میں، انہوں نے ایک Er:ZBLAN ملٹی موڈ فائبر کا استعمال کیا جس کا بنیادی قطر 35um ہے اور پلس چوڑائی 26 ns ہے جس کی چوٹی کی طاقت 12.7 kW اور 330 uJ [12] کی نبض توانائی ہے۔
2021 میں، شین وغیرہ۔ الیکٹرو آپٹک Q ماڈیولیشن کا استعمال کرتے ہوئے 2.8um کا پہلا پلسڈ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا۔ ایک ZBLAN فائبر جس کا بنیادی قطر 33um ڈوپڈ تھا جس میں 6 فیصد کی ER حراستی تھی، NA 0.12 کے ساتھ گین میڈیم کے طور پر استعمال کیا گیا تھا، اور الیکٹرو آپٹک ماڈیولیٹر کو RTP کرسٹل کے لیے منتخب کیا گیا تھا جس کی پلس چوڑائی 13.1ns پلس انرجی 205.7 تھی۔ uJ اور 15.7kW کی چوٹی کی طاقت، جو کہ سب سے زیادہ چوٹی کی طاقت ہے Er:ZBLAN ماڈیولڈ Q فائبر لیزر جس کی اطلاع دی گئی ہے۔
مڈ اورکت موڈ لاک الٹرا فاسٹ فائبر لیزر
2um لیزرز کے آؤٹ پٹ کے لیے سلکان پر مبنی ریشوں میں Tm-doped فائبرز موجود ہیں، اور ٹیکنالوجی نسبتاً پختہ ہو چکی ہے، جس میں فائبر اور ڈیوائس ٹیکنالوجیز کے پختہ ہونے کے ساتھ ایک ایک کرکے اعلیٰ خصوصیات حاصل کی جا رہی ہیں۔
2018 میں، جینا یونیورسٹی نے 1000 ڈبلیو اوسط پاور، 2um الٹرا فاسٹ لیزر کے 256 fs ایک بڑے موڈ فیلڈ ایریا کے ساتھ Tm-doped photonic کرسٹل فائبر کا استعمال کرتے ہوئے، 50/250-Tm-PM-PCF کی اطلاع دی۔ یہ اسی طرح کے تجربات کے لیے اب تک کی سب سے زیادہ پیمائش ہے۔
2um سے اوپر کے طول موج کے بینڈ کے لیے، زیادہ تر موجودہ فائبر لیزر تحقیقی کام غیر فعال موڈ لاکنگ ٹیکنالوجی کو اپناتا ہے، بنیادی طور پر سیر ایبل جذب کے ساتھ ساتھ نان لائنر اثرات کی شکل میں۔ سابق میں آپٹیکل سیچور ایبل جذب خصوصیات والے مواد کو موڈ لاک ڈیوائسز کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جیسے کہ SESAM، دھاتی ڈوپڈ کرسٹل جیسے Fe: ZnSe، وغیرہ، جب کہ بعد میں آپٹیکل نان لائنر ایفیکٹس اور دوسرے ذرائع کو مساوی سیچو ایبل جذب پیدا کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے، جیسے نان لائنر پولرائزیشن روٹیشن (NPR)، نان لائنر آپٹیکل لوپ مرر (NOLM) وغیرہ۔
2020 میں، Guo et al [14] نے رپورٹ کیا کہ WSe2 پتلی فلموں کو SA کے طور پر CVD کا استعمال کرتے ہوئے اگایا گیا تھا اور WSe2-SAM بنانے کے لیے گولڈ چڑھایا ہوا آئینے میں منتقل کیا گیا تھا، جس کی بنیاد پر ایک موڈ لاکڈ پلس جس کی پلس چوڑائی ہے 21 پی ایس، 42. 43 میگا ہرٹز کی دوبارہ فریکوئنسی، اور 360 میگاواٹ کی اوسط طاقت Er:ZBLAN فائبر کے 6 فیصد مولر کنسنٹریشن کے ساتھ پمپ کردہ 980 nm لیزر کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کی گئی۔
2022 میں، شنگھائی جیاؤٹونگ یونیورسٹی کے کن ایٹ ال [15] نے مالیکیولر بیم ایپیٹیکسیل گروتھ تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے InAs/GaSb سپر لیٹیس SESAM تیار کیا، جو سیچوئیر ایبزربر، سنترپتی توانائی کی کثافت، اور ریکوری ٹائم اور دیگر پیرامیٹرز کے ردعمل کی حد کو لچکدار طریقے سے ایڈجسٹ کر سکتا ہے۔ 3.5um Er:ZBLAN فائبر لیزر سے 14.8 ps کی پلس چوڑائی، 149 میگاواٹ کی اوسط پاور، اور 36.56 میگاہرٹز کی تکرار فریکوئنسی کے ساتھ ایک مستحکم موڈ لاک آؤٹ پٹ حاصل کیا۔
2019 میں، شنگھائی جیاؤٹونگ یونیورسٹی کے کن ایٹ ال [16] نے ڈسپریشن مینجمنٹ کے لیے جی راڈز کا استعمال کرتے ہوئے موڈ لاکڈ پلس چوڑائی کو مزید 215 ایف ایس کر دیا، جس کی نبض کی توانائی 9.3 این جے اور 43.3 کلو واٹ کی چوٹی کی طاقت تھی۔
2020 میں، Gu et al. [17] شنگھائی جیاؤٹونگ یونیورسٹی سے 2.8 μm Er∶ZBLAN فائبر لیزر کے لیے NPR تکنیک کی بنیاد پر 131 fs موڈ لاک آؤٹ پٹ، 22.68 kW چوٹی کی طاقت، اور 3 nJ پلس انرجی کے ساتھ ایک سولٹن پلس کی اطلاع دی۔
اسی سال، ہوانگ ایٹ ال [18] نے NPR تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے 3.3 میٹر لمبے Er: ZBLAN فائبر کو 980 nm پر پمپ کرکے 126 fs کی پلس چوڑائی اور 10 nJ کی پلس انرجی کے ساتھ موڈ لاک آؤٹ پٹ حاصل کیا، اور Er: ZBLAN یمپلیفائر اور ZBLAN نان لائنر فائبر نے پلس کی چوڑائی کو مزید 15.9 fs تک کمپریس کیا، جس کی آخری چوٹی پلس پاور 500 kW ہے۔
2022 میں، Yu et al [19] نے 2.4 میٹر لمبے Er:ZBLAN فائبر کا استعمال کرتے ہوئے 283 fs کی نبض کی چوڑائی کے ساتھ ایک نبض شدہ سیڈ لائٹ ماخذ تیار کیا جس میں 7 فیصد داڑھ کے ارتکاز کے ساتھ ڈوپ کیا گیا، اور مزید نان لائنر ایمپلیفیکیشن کا استعمال کرتے ہوئے نبض کی چوڑائی کو 59 fs تک سکیڑ دیا۔ 4.13 ڈبلیو تک کی پلسڈ اوسط پاور حاصل کرنا، جو آج تک سب سو فیمٹوسیکنڈ موڈ لاکڈ فائبر لیزر کی سب سے زیادہ اوسط آؤٹ پٹ پاور ہے۔
Cشمولیت
درمیانی اورکت فائبر لیزر، فائبر لیزر کمپیکٹ کے ساتھ، کم دیکھ بھال، اعلی استحکام، اعلی بیم کوالٹی اور بہت سے دوسرے فوائد، فلورائیڈ، سلفائیڈ، ہالائیڈ، ہولو فائبر اور دیگر وسط اورکت فائبر، پاور، سپیکٹرل، فائبر آپٹک ڈیوائس ایپلی کیشنز سے۔ ، اور وسط اورکت لیزر کی ترقی کے دیگر پہلوؤں نے وسط اورکت لیزر کی ترقی کو بہت فروغ دیا ہے، وسط اورکت مواد اور فائبر آپٹک ٹیکنالوجی کے ساتھ بالغ ہونے کے لئے جاری ہے، زیادہ اعلی معیار کے درمیانی اورکت فائبر لیزر ہو جائے گا قومی دفاع، سائنسی تحقیق، صنعتی مینوفیکچرنگ، طبی نگہداشت اور دیگر شعبوں میں زیادہ سے زیادہ کردار ادا کرنے کے لیے مصنوعات سامنے آئیں گی۔
