لیزر سسٹمز کے بارے میں کچھ کلیدی پیرامیٹر تصورات

مختلف ایپلی کیشنز جیسے میٹریل پروسیسنگ، لیزر سرجری، اور ریموٹ سینسنگ کے لیے عام مقصد کے لیزر سسٹمز کی ایک وسیع رینج موجود ہے، لیکن بہت سے لیزر سسٹم مشترکہ کلیدی پیرامیٹرز کا اشتراک کرتے ہیں۔ ان پیرامیٹرز کے لیے عام اصطلاحات کا قیام غلط فہمیوں کو روکتا ہے، اور ان کو سمجھنے سے لیزر سسٹمز اور اجزاء کی درخواست کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے مناسب وضاحت کی اجازت ملتی ہے۔

بنیادی پیرامیٹرز

مندرجہ ذیل بنیادی پیرامیٹرز لیزر سسٹم کے سب سے بنیادی تصورات ہیں اور زیادہ جدید نکات کو سمجھنے کے لیے ضروری ہیں۔

1: طول موج (عام اکائیاں: nm سے µm)

لیزر کی طول موج خارج ہونے والی روشنی کی لہر کی مقامی تعدد کو بیان کرتی ہے۔ دیے گئے استعمال کیس کے لیے زیادہ سے زیادہ طول موج درخواست پر بہت زیادہ منحصر ہے۔ مواد کی پروسیسنگ میں، مختلف مواد میں منفرد طول موج پر منحصر جذب خصوصیات ہیں جو مواد کے ساتھ مختلف تعاملات کا نتیجہ ہیں. اسی طرح، ریموٹ سینسنگ میں، ماحول کی جذب اور مداخلت کچھ طول موجوں کو مختلف طریقے سے متاثر کر سکتی ہے، اور طبی لیزر ایپلی کیشنز میں، مختلف کمپلیکس مخصوص طول موج کو مختلف طریقے سے جذب کر سکتے ہیں۔ چھوٹے طول موج کے لیزرز اور لیزر آپٹکس کم سے کم پیریفرل ہیٹنگ کے ساتھ چھوٹی، درست خصوصیات بنانے میں مدد کرتے ہیں کیونکہ فوکل اسپاٹ چھوٹا ہوتا ہے۔ تاہم، وہ عام طور پر طویل طول موج کے لیزرز کے مقابلے میں زیادہ مہنگے اور زیادہ آسانی سے خراب ہوتے ہیں۔

2: طاقت اور توانائی (عام اکائیاں: W یا J)

لیزر کی طاقت کو واٹ (W) میں ماپا جاتا ہے اور اسے مسلسل لہر (CW) لیزر سے آپٹیکل پاور آؤٹ پٹ یا پلسڈ لیزر کی اوسط طاقت کو بیان کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ نبض والے لیزرز کو ان کی نبض کی توانائی سے بھی خاصیت ملتی ہے، جو اوسط طاقت کے متناسب اور لیزر کی تکرار کی شرح کے الٹا متناسب ہے (شکل 2)۔ توانائی کو جولز (J) میں ماپا جاتا ہے۔

زیادہ طاقت اور توانائی کے لیزر عام طور پر زیادہ مہنگے ہوتے ہیں اور وہ زیادہ فضلہ حرارت پیدا کرتے ہیں۔ بڑھتی ہوئی طاقت اور توانائی کے ساتھ بیم کے اعلی معیار کو برقرار رکھنا بھی مشکل ہو جاتا ہے۔

3: نبض کا دورانیہ (عام یونٹس: fs سے ms)

لیزر پلس کا دورانیہ یا نبض کی چوڑائی کو عام طور پر لیزر لائٹ 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 درست مواد کی پروسیسنگ اور میڈیکل لیزرز شامل ہیں، اور ان کی خصوصیت تقریباً picoseconds (10-12 سیکنڈ) سے attoseconds (10-18 سیکنڈز) تک ہوتی ہے۔

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 ریورس ٹائم پلس 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 کے نتیجے میں لیزر کی آپٹیکل سطح پر اور آخری فوکس پر تھرمل ریلیکس کا وقت کم ہوتا ہے، جس سے مواد کو تیز تر گرم کیا جاتا ہے۔

5: ہم آہنگی کی لمبائی (عام یونٹس: ملی میٹر سے میٹر)

لیزر مربوط ہوتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ مختلف اوقات یا مقامات پر برقی میدان کی فیز ویلیوز کے درمیان ایک طے شدہ رشتہ ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ، روشنی کے ذرائع کی دیگر اقسام کے برعکس، لیزرز پرجوش اخراج سے تیار ہوتے ہیں۔ ٹرانسمیشن کے پورے عمل میں ہم آہنگی کم ہو جاتی ہے، اور لیزر کی ہم آہنگی کی لمبائی اس فاصلے کا تعین کرتی ہے جس پر لیزر کی عارضی ہم آہنگی ایک خاص معیار پر رہتی ہے۔

6: پولرائزیشن

پولرائزیشن روشنی کی لہر کے برقی میدان کی سمت کا تعین کرتا ہے، جو ہمیشہ پھیلاؤ کی سمت کے لیے کھڑا ہوتا ہے۔ زیادہ تر معاملات میں، لیزر کو لکیری طور پر پولرائز کیا جائے گا، مطلب یہ ہے کہ خارج ہونے والا برقی میدان ہمیشہ ایک ہی سمت کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ غیر قطبی روشنی میں ایک برقی میدان ہوگا جو کئی مختلف سمتوں کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ پولرائزیشن کو عام طور پر دو آرتھوگونلی پولرائزڈ حالتوں میں روشنی کی فوکل لمبائی کے تناسب کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے، مثال کے طور پر 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 کا شہتیر کا قطر شہتیر کی پس منظر کی توسیع، یا پھیلاؤ کی سمت کے لیے کھڑے جسمانی طول و عرض کو نمایاں کرتا ہے۔ اسے عام طور پر 1/e2 چوڑائی کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، یعنی چوڑائی بیم کی شدت سے 1/e2 (≈13.5%) پر حاصل ہوتی ہے۔ 1/e2 پوائنٹ پر، برقی میدان کی طاقت 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 طاقت/توانائی کی کثافت کو بڑھاتی ہے، جو کہ نقصان دہ بھی ہے۔

8: پاور یا توانائی کی کثافت (عام یونٹس: W/cm2 سے MW/cm2 یا µJ/cm2 سے J/cm2)

بیم کا قطر لیزر بیم کی طاقت/توانائی کی کثافت یا آپٹیکل پاور/انرجی فی یونٹ ایریا سے متعلق ہے۔ بیم کا قطر جتنا بڑا ہوگا، مستقل طاقت یا مستقل توانائی کی شہتیر کی طاقت/توانائی کی کثافت اتنی ہی کم ہوگی۔ سسٹم کے آخری آؤٹ پٹ پر (مثلاً، لیزر کٹنگ یا ویلڈنگ میں)، عام طور پر ایک اعلی طاقت/توانائی کی کثافت کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن نظام کے اندر، کم طاقت/توانائی کا ارتکاز عام طور پر لیزر سے ہونے والے نقصان کو روکنے میں فائدہ مند ہوتا ہے۔ یہ بیم کے اعلی طاقت/توانائی کی کثافت والے علاقے میں ہوا کے آئنائزیشن کو 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 رکھنا چاہیے کہ شہتیر کو اتنا بڑا نہ کیا جائے کہ شہتیر سسٹم کے یپرچر سے دھندلا ہو جائے، جس کے نتیجے میں توانائی ضائع ہو جائے اور ممکنہ نقصان ہو۔

9: بیم پروفائل

لیزر کا بیم پروفائل بیم کراس سیکشن میں تقسیم شدہ شدت کو بیان کرتا ہے۔ عام بیم پروفائلز میں گاوسی اور فلیٹ ٹاپ بیم شامل ہیں، جو بالترتیب گاوسی اور فلیٹ ٹاپ فنکشنز کی پیروی کرتے ہیں (شکل 4)۔ تاہم، چونکہ لیزر کے اندر ہمیشہ ایک خاص تعداد میں گرم مقامات یا اتار چڑھاؤ ہوتے ہیں، اس لیے کوئی بھی لیزر مکمل طور پر گاوسی یا مکمل طور پر فلیٹ ٹاپڈ بیم پیدا نہیں کر سکتا جو بالکل اس کے ایجین فنکشن کے مطابق ہو۔ لیزر کے اصل بیم پروفائل اور مثالی بیم پروفائل کے درمیان فرق کو عام طور پر لیزر کے M2 فیکٹر پر مشتمل میٹرک کے ذریعے بیان کیا جاتا ہے۔

10: انحراف (عام اکائی: mrad)

اگرچہ لیزر بیم کو عام طور پر کولیمیٹڈ سمجھا جاتا ہے، لیکن ان میں ہمیشہ ایک خاص مقدار میں اختلاف ہوتا ہے، جو اس حد کو بیان کرتا ہے کہ کس حد تک شعاع لیزر بیم کی کمر سے پھیلنے کی وجہ سے بڑھتی ہوئی دوری پر ہٹ جاتی ہے۔ طویل آپریٹنگ فاصلوں والی ایپلی کیشنز میں، جیسے LIDAR سسٹم، جہاں اشیاء لیزر سسٹم سے سینکڑوں میٹر کے فاصلے پر ہو سکتی ہیں، انحراف ایک خاص اہم مسئلہ بن جاتا ہے۔ شہتیر کے انحراف کو عام طور پر لیزر کے نصف زاویہ کے لحاظ سے بیان کیا جاتا ہے، اور گاوسی بیم کے انحراف (θ) کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔

λ لیزر کی طول موج ہے اور w0 لیزر کی بیم کمر ہے۔

فائنل سسٹم کے پیرامیٹرز

یہ حتمی پیرامیٹرز آؤٹ پٹ پر لیزر سسٹم کی کارکردگی کو بیان کرتے ہیں۔

11: جگہ کا سائز (عام یونٹ: µm)

فوکسڈ لیزر بیم کا اسپاٹ سائز فوکسنگ لینس سسٹم کے فوکل پوائنٹ پر بیم کے قطر کو بیان کرتا ہے۔ بہت سی ایپلی کیشنز میں، جیسے میٹریل پروسیسنگ اور میڈیکل سرجری، مقصد جگہ کے سائز کو کم سے کم کرنا ہے۔ یہ طاقت کی کثافت کو زیادہ سے زیادہ کرتا ہے اور غیر معمولی عمدہ خصوصیات کی تخلیق کی اجازت دیتا ہے (شکل 5)۔ کروی خرابی کو کم سے کم کرنے اور چھوٹے فوکل اسپاٹ سائز پیدا کرنے کے لیے اکثر روایتی کروی لینز کی جگہ اسفیریکل لینز استعمال کیے جاتے ہیں۔ کچھ قسم کے لیزر سسٹم بالآخر لیزر کو جگہ پر فوکس نہیں کرتے، ایسی صورت میں یہ پیرامیٹر لاگو نہیں ہوتا ہے۔

12: کام کا فاصلہ (عام یونٹ: µm سے m)

لیزر سسٹم کا کام کرنے والا فاصلہ عام طور پر حتمی آپٹیکل عنصر (عام طور پر فوکس کرنے والے 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، اکثر کام کی دوری کو کم کرنے کی کوشش کرتے ہیں، جبکہ دیگر ایپلی کیشنز، جیسے کہ ریموٹ سینسنگ، کا مقصد اکثر اپنے کام کے فاصلے کو زیادہ سے زیادہ کرنا ہوتا ہے۔