جائزہ لیزرز نے 1960 کی دہائی سے دنیا میں انقلاب برپا کر دیا ہے اور اب جدید ایپلی کیشنز میں ایک ناگزیر ٹول ہیں، جدید ترین سرجری اور صحت سے متعلق مینوفیکچرنگ سے لے کر فائبر آپٹک ڈیٹا ٹرانسمیشن تک۔ تاہم، جیسے جیسے لیزر ایپلی کیشنز کی مانگ بڑھتی ہے، چیلنجز بھی پیدا ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، فائبر لیزرز کی مارکیٹ پھیل رہی ہے، اور فی الحال وہ بنیادی طور پر صنعتی کٹنگ، ویلڈنگ اور مارکنگ ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ فائبر لیزرز آپٹیکل ریشوں کا استعمال کرتے ہیں جن میں نایاب زمینی عناصر (اربیئم، یٹربیئم، نیوڈیمیم وغیرہ) آپٹیکل گین میڈیم کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ فائبر لیزرز اعلیٰ معیار کے بیم، اعلیٰ پیداواری طاقت، اعلیٰ کارکردگی، کم دیکھ بھال کے اخراجات اور پائیداری پیدا کرتے ہیں، اور عام طور پر گیس لیزرز سے چھوٹے ہوتے ہیں۔ کم فیز شور کے لیے فائبر لیزرز بھی "گولڈ اسٹینڈرڈ" ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ان کے بیم طویل عرصے تک مستحکم رہ سکتے ہیں۔ اس کے باوجود، چپ پیمانے پر فائبر لیزرز کے چھوٹے بنانے کی مانگ بڑھ رہی ہے۔ ایربیم پر مبنی فائبر لیزر خاص دلچسپی کے حامل ہیں کیونکہ وہ لیزر کی اعلی ہم آہنگی اور استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے تمام تقاضوں کو پورا کرتے ہیں۔ تاہم، چھوٹے پیمانے پر فائبر لیزرز کی کارکردگی کو برقرار رکھنے کا طریقہ فائبر لیزرز کو چھوٹا کرنے کے لیے ہمیشہ ایک چیلنج رہا ہے۔
اب، ای پی ایف ایل میں ڈاکٹر یانگ لیو اور پروفیسر ٹوبیاس کیپنبرگ کی قیادت میں سائنسدانوں کی ایک ٹیم نے پہلا چپ سے مربوط ایربیم ڈوپڈ ویو گائیڈ لیزر بنایا ہے جو فائبر لیزرز کی کارکردگی تک پہنچتا ہے جبکہ چپ اسکیل فوٹونک کی عملییت کے ساتھ وسیع طول موج کی ٹیونبلٹی کو جوڑتا ہے۔ انضمام یہ مطالعہ نیچر فوٹوونکس میں شائع ہوا تھا۔
سلکان نائٹرائڈ فوٹوونک انٹیگریٹڈ چپ پر مبنی مکمل پیکڈ ہائبرڈ انٹیگریٹڈ ایربیئم لیزر کی تصویر، جو فائبر لیزر ہم آہنگی اور پہلے ناقابل حصول فریکوئنسی ٹیون ایبلٹی فراہم کرتی ہے۔ ماخذ: اینڈریا بنکورا اور یانگ لیو (ای پی ایف ایل)۔
چپ پیمانے پر لیزر تیار کرنا
محققین نے جدید ترین تعمیراتی عمل کا استعمال کرتے ہوئے ایک چپ پیمانے پر ایربیم لیزر تیار کیا۔ انہوں نے سب سے پہلے ایک انتہائی کم نقصان والے سلکان نائٹرائڈ فوٹوونک انٹیگریٹڈ چپ پر ایک میٹر لمبی آن چپ آپٹیکل کیویٹی (آئینے کا ایک سیٹ جو آپٹیکل فیڈ بیک فراہم کرتا ہے) بنایا۔ "چپ کے چھوٹے سائز کے باوجود، ہم لیزر کیویٹی کو ایک میٹر لمبا کرنے کے قابل ہو گئے، ان مائیکرو ہول ریزونیٹرز کے انضمام کی بدولت، جو آلہ کو جسمانی طور پر بڑا کیے بغیر آپٹیکل راستے کو مؤثر طریقے سے بڑھاتے ہیں،" ڈاکٹر نے کہا۔ یانگ لیو۔ اس کے بعد ٹیم نے چپ میں ایربیئم آئنوں کی اعلیٰ ارتکاز کو امپلانٹ کیا۔ آخر میں، انہوں نے سرکٹ کو III-V سیمی کنڈکٹر پمپ لیزر کے ساتھ مربوط کیا تاکہ ایربیم آئنوں کو پرجوش کیا جا سکے، جس کی وجہ سے وہ روشنی خارج کرتے ہیں اور لیزر بیم بناتے ہیں۔
شکل 1: ہائبرڈ انٹیگریٹڈ Er:Si3N4 لیزر۔ ماخذ: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al.، "ایک مکمل ہائبرڈ انٹیگریٹڈ ایربیم پر مبنی لیزر"، نیچر فوٹوونکس (2024)۔ لیزر کی کارکردگی کو بہتر بنانے اور طول موج کے عین مطابق کنٹرول کو فعال کرنے کے لیے، محققین نے مائیکرو پور پر مبنی ورنیئر فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے ایک جدید انٹرا کیوٹی ڈیزائن وضع کیا، جو مخصوص روشنی کی تعدد کو منتخب کرنے کے قابل ایک آپٹیکل فلٹر ہے۔ یہ فلٹر متحرک طور پر لیزر طول موج کو وسیع رینج میں ایڈجسٹ کر سکتا ہے، جس سے یہ ورسٹائل اور متعدد ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہے۔ یہ ڈیزائن صرف 50 ہرٹز کی اندرونی لائن وِتھ کے ساتھ مستحکم سنگل موڈ لیزرز کو سپورٹ کرتا ہے۔
اس میں اہم سائیڈ موڈ سپریشن بھی ہے - لیزر دیگر فریکوئنسیوں ("سائیڈ موڈز") کی شدت کو کم کرتے ہوئے ایک واحد، مستحکم فریکوئنسی پر روشنی خارج کرنے کے قابل ہے۔ یہ اعلی صحت سے متعلق ایپلی کیشنز کے لیے پوری سپیکٹرل رینج میں "صاف" اور مستحکم آؤٹ پٹ کو یقینی بناتا ہے۔
شکل 2: ہائبرڈ انٹیگریٹڈ Er:Si3N4vernier لیزر سنگل موڈ لیزنگ میں کام کرتا ہے۔ ماخذ: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al.، "ایک مکمل ہائبرڈ انٹیگریٹڈ ایربیم پر مبنی لیزر،" نیچر فوٹوونکس (2024)۔ طاقت، درستگی، استحکام، اور کم شور چپ-اسکیل ایربیم فائبر لیزر میں 10 میگاواٹ سے زیادہ کی آؤٹ پٹ پاور اور 70 ڈی بی سے زیادہ سائیڈ موڈ سپریشن ریشو ہے، جو کہ بہت سے روایتی سسٹمز سے بہتر ہے۔ اس کی ایک بہت ہی تنگ لکیر کی چوڑائی بھی ہے، جس کا مطلب ہے کہ یہ جو روشنی خارج کرتا ہے وہ بہت خالص اور مستحکم ہے، جو مربوط ایپلی کیشنز جیسے سینسنگ، گائروسکوپس، لِڈر، اور آپٹیکل فریکوئنسی میٹرولوجی کے لیے اہم ہے۔ مائیکرو ہول پر مبنی ورنیئر فلٹر سی بینڈ اور ایل بینڈ (ٹیلی کمیونیکیشن کے لیے استعمال ہونے والی طول موج کی حد) میں 40 این ایم کی لیزر وسیع طول موج کی ٹیونبلٹی فراہم کرتا ہے، ٹیوننگ میں روایتی فائبر لیزرز کو پیچھے چھوڑتا ہے اور کم اسپیکٹرل اسپرس ("اسپرس" ناپسندیدہ تعدد ہیں) ) موجودہ سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے عمل کے ساتھ ہم آہنگ رہتے ہوئے
شکل 3: لیزر طول موج کی براڈ بینڈ ٹیوننگ کا مظاہرہ۔ ماخذ: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji, et al.، "ایک مکمل ہائبرڈ مربوط ایربیم پر مبنی لیزر،" نیچر فوٹوونکس (2024)۔ اگلی نسل کے لیزرز
ایربیم فائبر لیزرز کو چپ پیمانے کے آلات میں چھوٹا اور انضمام کرنا ان کی مجموعی لاگت کو کم کر سکتا ہے، جو انہیں ٹیلی کمیونیکیشن، طبی تشخیص، اور کنزیومر الیکٹرانکس میں پورٹیبل، انتہائی مربوط نظاموں کے لیے مفید بنا سکتا ہے۔
شکل 4: مکمل طور پر ہائبرڈ انٹیگریٹڈ لیزر شور کی خصوصیت اور EDWL۔ ماخذ: Yang Liu, Zheru Qiu, Xinru Ji et al، "ایک مکمل ہائبرڈ مربوط ایربیم پر مبنی لیزر،" نیچر فوٹوونکس (2024)۔ یہ مختلف قسم کے دیگر ایپلی کیشنز، جیسے LIDAR، مائکروویو فوٹوونکس، آپٹیکل فریکوئنسی سنتھیسز، اور فری اسپیس کمیونیکیشنز کے لیے آپٹیکل ٹیکنالوجی کو بھی کم کر سکتا ہے۔ ڈاکٹر یانگ لیو کہتے ہیں، "اس نئے ایربیم ڈوپڈ انٹیگریٹڈ لیزر کے اطلاق کے علاقے عملی طور پر لامحدود ہیں۔"
