لیزر دالیں پیدا کرنے کا سب سے سیدھا طریقہ یہ ہے کہ مسلسل لیزر میں ایک ماڈیولیٹر بیرونی شامل کیا جائے۔ یہ طریقہ پکوسیکنڈز جتنی تیزی سے دالیں پیدا کرتا ہے، جو سادہ ہے لیکن آپٹیکل توانائی کو ضائع کرتا ہے، اور چوٹی کی طاقت مسلسل نظری طاقت سے زیادہ نہیں ہو سکتی۔ لہذا، لیزر دالیں پیدا کرنے کا ایک زیادہ موثر طریقہ انٹرا کیویٹی ماڈیولیشن ہے، جہاں توانائی کو برسٹ کے آف ٹائم پر ذخیرہ کیا جاتا ہے اور وقت پر چھوڑ دیا جاتا ہے۔
لیزر کیویٹی کے اندر ماڈیولیشن کے ذریعے دالیں پیدا کرنے کے لیے استعمال ہونے والی چار عام تکنیکیں ہیں گین سوئچنگ، کیو سوئچنگ (نقصان کی سوئچنگ)، کیویٹی انورسیشن، اور موڈ لاکنگ۔
گین سوئچنگ پمپ کی طاقت کو ماڈیول کرکے مختصر دالیں پیدا کرتی ہے۔ مثال کے طور پر، ڈایڈڈ گین سوئچڈ لیزر موجودہ ماڈیولیشن کے ذریعے چند نینو سیکنڈز سے لے کر سو پِکوسیکنڈز کی حد میں دالیں پیدا کرنے کے قابل ہیں۔ اگرچہ نبض کی توانائی کم ہے، لیکن یہ طریقہ بہت لچکدار ہے، مثال کے طور پر، ٹیون ایبل ری فریکونسی اور نبض کی چوڑائی فراہم کرنا۔ ٹوکیو یونیورسٹی کے محققین نے 2018 میں فیمٹوسیکنڈ گین سوئچڈ سیمی کنڈکٹر لیزر کی اطلاع دی، جو کہ ایک 40-سال کی تکنیکی رکاوٹ میں پیش رفت کا اشارہ ہے۔
مضبوط نینو سیکنڈ کی دالیں عام طور پر Q-switched lasers کے ذریعے پیدا ہوتی ہیں، جہاں لیزر گہا کے اندر چند دوروں کے اندر خارج ہوتی ہے، نظام کے سائز کے لحاظ سے چند ملیجولز سے چند جولز کے درمیان نبض کی توانائیاں ہوتی ہیں۔
اعتدال پسند توانائی (عام طور پر 1 μJ سے کم) picosecond اور femtosecond کی دالیں بنیادی طور پر موڈ لاکڈ لیزرز کے ذریعے پیدا ہوتی ہیں، جس میں ایک یا زیادہ الٹرا شارٹ دالیں لیزر ریزوننٹ کیویٹی کے اندر ایک مسلسل لوپ میں موجود ہوتی ہیں، جس میں انٹرا کیویٹی دالیں ایک وقت میں باہر نکلتی ہیں۔ کپلنگ مرر، اور ری فریکوئنسی کے ساتھ جو عام طور پر 10 میگا ہرٹز سے 100 گیگا ہرٹز کی حد میں ہوتی ہے۔ نیچے دی گئی تصویر ایک تمام نارمل ڈسپریشن (ANDi) ڈسپیوٹیو سولٹن فیمٹوسیکنڈ فائبر لیزر سیٹ اپ کو ظاہر کرتی ہے، جسے تھورلیبز کے معیاری اجزاء (فائبر، لینس، ماؤنٹ، اور نقل مکانی کے مرحلے) کی ایک بڑی اکثریت کے ساتھ بنایا جا سکتا ہے۔
کیویٹی انورژن تکنیکوں کو Q-switched لیزرز کے لیے چھوٹی دالیں حاصل کرنے کے لیے اور موڈ لاکڈ لیزرز کے لیے کم ری فریکوئنسی پر نبض کی توانائی بڑھانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
وقت اور فریکوئنسی ڈومین پلسز
وقت کے ساتھ ساتھ نبض کی لکیری شکل عام طور پر سادہ ہوتی ہے اور اسے گاوسی اور sech² فنکشن کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے۔ نبض کا دورانیہ (جسے نبض کی چوڑائی بھی کہا جاتا ہے) کو اکثر آدھی چوڑائی-ہائی-میگنیٹیوڈ (FWHM) قدر کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے، یعنی چوڑائی کم از کم نصف چوٹی کی آپٹیکل پاور سے پھیلی ہوئی ہے۔ مختصر نینو سیکنڈ کی دالیں Q-switched lasers کے ذریعے تیار کی جاتی ہیں، اور چند دسیوں picoseconds سے femtoseconds کی الٹرا شارٹ دالیں (USPs) موڈ لاکڈ لیزرز کے ذریعے تیار کی جاتی ہیں۔ تیز رفتار الیکٹرانکس صرف چند دسیوں پکوسیکنڈز کی تیز ترین پیمائش کر سکتے ہیں، اور چھوٹی دالیں صرف آپٹیکل تکنیکوں جیسے آٹو کوریلیٹرز، FROGs، اور SPIDERs کی مدد سے ناپی جا سکتی ہیں۔
اگر نبض کی شکل معلوم ہے تو، نبض کی توانائی (Ep)، چوٹی کی طاقت (Pp)، اور نبض کی چوڑائی (𝜏p) کے درمیان تعلق کو درج ذیل مساوات کے مطابق شمار کیا جاتا ہے:
جہاں fs نبض کی شکل سے متعلق ایک گتانک ہے، جو گاوسی دالوں کے لیے تقریباً {{0}}.94 اور sech² دالوں کے لیے 0.88 ہے لیکن عام طور پر 1 کے قریب ہوتا ہے۔
نبض کی بینڈوتھ کا اظہار تعدد، طول موج، یا کونیی تعدد کے لحاظ سے کیا جا سکتا ہے۔ اگر بینڈوتھ چھوٹی ہے تو، طول موج اور تعدد بینڈوتھ کو درج ذیل مساوات کا استعمال کرتے ہوئے تبدیل کیا جاتا ہے، جہاں λ اور ν بالترتیب مرکز طول موج اور تعدد ہیں، اور Δλ اور Δν بالترتیب طول موج اور تعدد میں بینڈوتھ ہیں۔
بینڈوتھ کی حد نبض
نبض کی ایک خاص شکل کے لیے، نبض کی چہچہاہٹ کی غیر موجودگی میں سب سے چھوٹی طیف کی چوڑائی ہوتی ہے، جسے بینڈوتھ-لمیٹڈ یا فوئیر-ٹرانسفارم-لمیٹڈ پلس کہا جاتا ہے، جہاں نبض کے وقت اور فریکوئنسی بینڈوتھ کی پیداوار ایک مستقل ہوتی ہے، جو ٹائم بینڈوڈتھ پروڈکٹ (TBP) کہلاتا ہے۔ پلس ٹائم اور فریکوئنسی بینڈوتھ کی پیداوار ایک مستقل ہے جسے ٹائم بینڈوتھ پروڈکٹ (TBP) کہا جاتا ہے۔ بینڈوڈتھ محدود گاوسی اور sech² دالوں کی ٹائم بینڈوتھ مصنوعات بالترتیب تقریباً 0.441 اور 0.315 ہیں؛ نبض کی اصل چہچہاہٹ اور مجموعی گروپ تاخیر بازی کا اندازہ اس سے لگایا جا سکتا ہے۔
لہذا، تنگ نبض کی چوڑائی کو وسیع فوئیر سپیکٹرا کی ضرورت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک 10 fs پلس کی بینڈوتھ کم از کم 30 THz کے آرڈر کی ہونی چاہیے، جب کہ ایک attosecond پلس کی بینڈوتھ اس سے بھی زیادہ ہوتی ہے، اور اس کی سنٹر فریکوئنسی کسی بھی نظر آنے والی روشنی کی فریکوئنسی سے اچھی طرح اوپر ہونی چاہیے۔
نبض کی چوڑائی کو متاثر کرنے والے عوامل
جب کہ نینو سیکنڈ یا لمبی دالیں نبض کی چوڑائی میں بہت کم یا بغیر کسی تبدیلی کے پھیلتی ہیں، حتیٰ کہ لمبی دوری پر بھی، الٹرا شارٹ دالیں مختلف عوامل سے متاثر ہو سکتی ہیں:
رنگین بازی پلس کے بڑے پھیلاؤ کا باعث بن سکتی ہے، حالانکہ ان کو مخالف بازی کے ساتھ دوبارہ کمپریس کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ نیچے دیے گئے خاکے میں دکھایا گیا ہے، جو تھورلیبز فیمٹوسیکنڈ پلس کمپریسر کے کام کو مائیکروسکوپ کے پھیلاؤ کی تلافی کے لیے واضح کرتا ہے۔
غیر خطوطی چیزیں عام طور پر نبض کی چوڑائی کو براہ راست متاثر نہیں کرتی ہیں، لیکن یہ وسیع بینڈوتھ کا باعث بن سکتی ہیں اور نبض کو پھیلاؤ میں پھیلنے کے لیے زیادہ حساس بنا سکتی ہیں۔
کسی بھی قسم کا فائبر (بشمول محدود بینڈوڈتھ کے ساتھ دیگر گین میڈیا) بینڈوتھ یا الٹرا شارٹ پلس کی شکل کو متاثر کر سکتا ہے، اور بینڈوتھ میں کمی وقت کو وسیع کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔ ایسی صورتیں بھی ہیں جہاں مضبوطی سے چہچہاتی دالوں کی نبض کی چوڑائی چھوٹی ہوتی ہے کیونکہ سپیکٹرم تنگ ہوتا ہے۔
