ملٹی پیرامیٹر ٹیون ایبل الٹرا فاسٹ فائبر لیزرز نے فیمٹوسیکنڈ بائیو میڈیکل فوٹوونکس کے بہت سے ابھرتے ہوئے علاقوں کی ترقی کو آگے بڑھایا ہے۔ چونکہ سالڈ اسٹیٹ الٹرا فاسٹ لیزرز کے لیے گارنٹی شدہ آؤٹ پٹ پلس انرجی کے ساتھ سنٹر طول موج، تکرار فریکوئنسی اور نبض کی چوڑائی کے تین پیرامیٹرز کو آزادانہ طور پر ٹیون کرنا مشکل ہے، فیمٹوسیکنڈ بائیو میڈیکل فوٹوونکس عام طور پر ایک پلس سلیکٹیو فائبر چرپڈ پلس ایمپلیفائر (ppd-FCPA جوڑے) کو استعمال کرتا ہے۔ ڈرائیونگ لائٹ سورس کے طور پر آپٹیکل پیرامیٹرک ایمپلیفائر (OPA) کے ساتھ۔ تاہم، OPA کے بڑے مقامی اجزاء نظام کی بیم کے معیار اور ماحولیاتی قوت مدافعت کو بہت زیادہ متاثر کرتے ہیں، اور تھکا دینے والا معمول کی دیکھ بھال سائنس دانوں کے علم سے باہر ہے۔ لہذا، OPA ٹیکنالوجی کو تبدیل کرنے اور pp-FCPA سسٹم کے فوائد کو بروئے کار لانے کے لیے، مصنفین نے سپر کانٹینیوم جنریشن کی بنیاد پر ایک طول موج کو ٹیون ایبل فیمٹوسیکنڈ لائٹ سورس تیار کیا۔
تصویر 1 سپر کانٹینیوم جنریشن کے تین طریقے
شکل 1 سپر کنٹینیم سپیکٹرم پیدا کرنے کے تین عام طریقوں کی وضاحت کرتا ہے۔ طریقہ 1 ایک آل فائبر فیوژن فن تعمیر کا استعمال کرتا ہے، جو سب سے زیادہ کمپیکٹ تعمیر اور بہترین ماحولیاتی استحکام پیش کرتا ہے، لیکن فائبر زیادہ تر پکوسیکنڈ لیزرز رکھتا ہے، جو عام طور پر کمرشل لیزرز میں پایا جاتا ہے۔ دوسری طرف، طریقہ 2، فائبر اینڈ کیپس اور موڈ کی توسیع کے ساتھ تجارتی طور پر دستیاب بندش کا استعمال کرتا ہے جو کہ فیمٹوسیکنڈ دالوں کے لیے طول موج کی تبدیلی کو سپورٹ کرنے کے لیے ٹائٹینیم سیفائر آسکیلیٹر سے منسلک ایک نان لائنر ویو لینتھ کنورٹر کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ طریقہ 3 طریقہ 2 سے ملتا جلتا ہے، لیکن ایک pp-FPCA فرنٹ اینڈ کو فائبر آپٹکس کے فوائد کے ساتھ جوڑ کر اعلی توانائی والی فیمٹوسیکنڈ دالوں کو فوٹوونک کرسٹل فائبر کے ایک حصے میں جوڑ کر مربوط سپر کانٹینیوم سپیکٹرم تیار کرتا ہے۔ یہ تیسرا نقطہ نظر ہے جسے مصنفین اس مقالے میں استعمال کرتے ہیں۔
تاہم، یہ تجرباتی طور پر پایا گیا کہ سپر کانٹینیوم جنریشن کے لیے استعمال ہونے والا آپٹیکل فائبر عام طور پر تقریباً 100 گھنٹے کے مجموعی آپریشن کے بعد خراب ہو جاتا ہے۔ ناقابل واپسی نظری نقصان سپر کنٹینیم سورس کی زندگی کو بہت حد تک محدود کرتا ہے۔ لہذا، اس نظری نقصان کے اصول کو متعین کرنے کی بہت ضرورت ہے تاکہ اس کو روکنے کے ذرائع تلاش کریں۔ اگر آپٹیکل نقصان نان سپر کلین روم ماحول میں ہوا سے پیدا ہونے والے آلودگیوں اور/یا فائبر اینڈفیس پر اونچی چوٹی کی طاقت کے مقامی جوڑے کی وجہ سے ہوتا ہے، تو اسے تجارتی طور پر دستیاب فوٹوونک کرسٹل فائبر اینڈ کیپس یا فائبر اینڈفیس میں ایک مخصوص یپرچر کو گرا کر حل کیا جا سکتا ہے۔ .
جدول 1 سپر کنٹینیوم جنریشن کے لیے تین تجرباتی منظرنامے۔
جدول 1 میں مصنفین کی طرف سے فائبر کو پہنچنے والے نقصان کے طریقہ کار کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال ہونے والی تین تجرباتی اسکیموں کی فہرست دی گئی ہے۔ اسکیم 1 نے LMA-PM-15 فائبر کے 25 سینٹی میٹر سیکشن میں 1030 nm کی مرکزی طول موج کے ساتھ ایک ان پٹ پلس کو جوڑا، 10 میگاہرٹز کی تکرار کی فریکوئنسی، اور پلس کی چوڑائی 280 fs کی، اور بار بار تجربات کے بعد، تمام ان میں سے پتہ چلا کہ 100 ± 40 گھنٹے کے مجموعی آپریشن کے بعد فائبر کو نقصان پہنچا ہے۔ سکیم 2 نے ایک مختلف ڈرائیو لائٹ سورس اور فوٹوونک کرسٹل فائبر کا استعمال کیا، لیکن فائبر اینڈ فیس کے ساتھ مل کر چوٹی کی طاقت کی کثافت وہی رہی جو سکیم 1 میں تھی۔ دونوں اسکیمیں مختلف ہیں جہاں آپٹیکل نقصان ہوتا ہے: اسکیم 1 میں نظری نقصان واقع ہے<10 cm from the incident end of the fiber, whereas the optical damage in scheme 2 is located <1 cm from the incident end of the fiber. This difference suggests that the cause of the fiber damage is not airborne contaminants in the environment or the high peak power density during coupling, and that optical damage cannot be avoided by fiber end caps. Upon analysis, this fiber damage can be explained by the optical waveguide theory of long period fiber grating (LPFG). When a pulse is coupled into an optical fiber, part of the energy goes into the core while the other part of the energy passes into the cladding. When the light from the core mode and the cladding mode interferes with each other and produces a standing wave, an LPFG is written in the fiber.The shorter the period of the LPFG, the more cycles are contained in the same fiber length, and the more easily the fiber is damaged.
اس خیال کی توثیق کرنے کے لیے، مصنفین نے LMA-PM-40-FUD فائبر کا انتخاب کیا جس کا ایک موڈ فیلڈ قطر 32 μm تک ہے۔ ایک سائیکل سے کم ہے، لہذا LPFG کی وجہ سے فائبر کے نظریاتی نقصان کا اثر ختم ہو جائے گا۔ تجرباتی طور پر، سکیم 3 کا آپٹیکل سسٹم 2000 گھنٹے جمع ہونے کے بعد بھی مستحکم رہتا ہے۔
تصویر 2 فائبر نان لائنر کنورٹر پر مبنی ملٹی پیرامیٹر ٹیون ایبل فیمٹوسیکنڈ لائٹ سورس کا اسکیمیٹک ڈایاگرام
شکل 2 اسکیم 3 کی بنیاد پر مصنفین کے ذریعہ بنائے گئے ملٹی پیرامیٹر ٹیون ایبل فیمٹوسیکنڈ لائٹ سورس کی نمائندگی کرتا ہے۔ مکمل لائٹ سورس ایک pp-FCPA سسٹم پر مشتمل ہے جس میں ریپیٹیشن فریکوئنسی 1-10 میگاہرٹز سے فرنٹ اینڈ کے طور پر ٹیون ایبل ہے، اور ایک فوٹوونک کرسٹل فائبر جو LPFG کی وجہ سے ہونے والے آپٹیکل نقصان سے بچتا ہے بطور یونٹ جو سپر کانٹینیوم سپیکٹرم پیدا کرتا ہے، یعنی فائبر نان لائنر کنورٹر (FNWC)۔ سپیکٹرل طور پر چوڑی ہوئی نبض کو قابل پروگرام پلس شیپر میں ہدایت کی جاتی ہے۔ ایک مخصوص فلٹر ونڈو اور بازی کے معاوضے کی مقدار کو منتخب کرکے، مرکز طول موج کو 950-1110 nm کی حد میں ٹیون کیا جا سکتا ہے اور نبض کی چوڑائی کو 40-400 fs کی حد میں ٹیون کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، حتمی آؤٹ پٹ پلس کو کم بازی کاگوم ہولو کور فائبر آپٹک پیچ کورڈ کے ایک حصے کے ساتھ منتقل کیا جا سکتا ہے، جس سے اس روشنی کے منبع کو مختلف ایپلیکیشن ماڈیولز کے درمیان آسانی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔
خلاصہ یہ کہ مصنفین نے فیمٹوسیکنڈ فائبر لیزرز کے لیے ایک قابل بھروسہ بھاری فریکوئنسی، طول موج، اور نبض کی چوڑائی کا سامان تیار کیا ہے جو کافی حد تک ٹیون ایبل ہے، جوڑے ہوئے فائبر سسٹم میں آپٹیکل نقصان کی وضاحت کرتا ہے اور اسے دباتا ہے، اور جس کے متعلقہ مربوط لیزر سسٹم میں اعلی درجے کی ہوتی ہے۔ استحکام، جس سے حیاتیاتی اور طبی شعبوں میں ٹیون ایبل الٹرا فاسٹ لیزرز کے استعمال کو وسیع کرنے کی امید ہے۔
