UV لیزر آپٹکس کی دو اہم وجوہات کی وجہ سے محدود عمر ہوتی ہے: لیزر سے متاثرہ آلودگی (LIC) اور UV تھکاوٹ۔ LIC آپٹک کی سطح پر ناپسندیدہ مواد کے جمع ہونے کی وجہ سے ہوتا ہے، جبکہ UV تھکاوٹ کی وجہ سے ہوتی ہے۔ UV روشنی کی نمائش جس کے نتیجے میں آپٹک کو نقصان ہوتا ہے۔ نقصان کے یہ دو عمل وقت کے ساتھ ساتھ آپٹیکل عنصر کی کارکردگی کو کم کرتے ہیں جب تک کہ ناقابل واپسی نقصان نہ ہو۔
مختلف ماحول میں استعمال ہونے والے 355 nm UV لیزر آپٹکس پر طویل مدتی تجربات نے آلودگی اور تھکاوٹ کے ذرائع کے ساتھ ساتھ تخفیف کی حکمت عملیوں اور صفائی کی تکنیکوں کے بارے میں اہم بصیرت کا انکشاف کیا ہے جو آلودہ آپٹکس کو بحال کر سکتے ہیں۔
لیزر سے متاثرہ آلودگی (LIC) کیا ہے
آپٹیکل عناصر کی آلودگی اس وقت ہو سکتی ہے جب یووی لیزر لائٹ نظام میں موجود ذرات، پانی کے بخارات، نامیاتی مادوں اور دیگر آلودگیوں کے ساتھ تعامل کرتی ہے۔ یہ آلودگی محیطی ہوا، آپٹو مکینیکل آلات، اور نظام میں موجود دیگر مواد سے آ سکتی ہے۔ اگرچہ تخفیف کے طریقے جیسے کہ خشک نائٹروجن کی مدد سے ہوا بازی، وہ پھر بھی LIC کی طرف لے جا سکتے ہیں۔ ذرات کا کوئی بھی جمع ہونا آپٹیکل راستے کو دھندلا کر سکتا ہے، اجزاء کے کام کو کم کر سکتا ہے، اور ممکنہ طور پر آپٹکس کے لیزر نقصان کی حد کو کم کر سکتا ہے۔
کم تھرمل چالکتا کی وجہ سے آپٹیکل سطحوں پر گاڑھا ہونا اکثر ہوتا ہے۔ یہ گاڑھا پانی کے مالیکیول پھر LIC شروع کرنے کے لیے لیزر اور سطحی مواد کے ساتھ تعامل کر سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، گیس کا اخراج اور دیگر ہوا سے چلنے والے مالیکیولر آلودگی اکثر آپٹیکل سطحوں پر کاربن پر مبنی ذخائر کا باعث بنتے ہیں۔ ایل آئی سی کی درخت جیسی ترقی کو شکل 1 میں دیکھا جا سکتا ہے۔
2005 میں کی گئی تحقیق نے مختلف لیزر تعاملات کو تفصیل سے بیان کیا جو LIC کی طرف لے جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، روشنی کی حوصلہ افزائی پری نیوکلیشن میں شیشے کی سطح کے ساتھ UV روشنی کے براہ راست تعامل کی وجہ سے ایک سالماتی تہہ بنتی ہے۔ کافی طویل نمائش کے بعد، اس تعمیر کی کثافت کو سیر شدہ سطح پر دکھایا گیا تھا۔
آس پاس کی گیسوں کے ساتھ تعامل بھی آلودگیوں کے جمع ہونے کا باعث بن سکتا ہے۔ 400 نینو میٹر سے کم UV طول موج پر فوٹان کی توانائیاں عام مالیکیولز (مثلاً O2، CO2، CO، N2، وغیرہ) کی بانڈ توانائیوں تک پہنچنے لگتی ہیں۔ یہ UV روشنی کو ان میں سے کچھ بانڈز کو توڑنے کی اجازت دیتا ہے، دوسرے آئنوں اور مالیکیولز کو تخلیق کرتا ہے جو آپٹیکل سطحوں کو آلودہ کر سکتے ہیں۔
UV تھکاوٹ کیا ہے؟
ماحولیاتی طور پر حوصلہ افزائی LIC کے علاوہ، کوٹنگز اور سبسٹریٹس کے لیے استعمال ہونے والے مواد آپٹیکل تھکاوٹ کے عمل کی وجہ سے وقت کے ساتھ ساتھ انحطاط کا شکار ہوتے ہیں، چاہے روشنی کے منبع کی شدت لیزر انڈسڈ ڈیمیج تھریشولڈ (LIDT) سے نیچے ہو۔
UV تھکاوٹ کے تصور کو کتاب کے پابند کرنے سے تشبیہ دی جا سکتی ہے۔ یہاں تک کہ ہلکا استعمال بھی ٹوٹ پھوٹ کا باعث بن سکتا ہے۔ ایڈمنڈ آپٹکس کی طرف سے کئے گئے یووی تھکاوٹ کے تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ بعض حالات میں، جیسے ویکیوم، یووی لیزر شعاع ریزی UV تھکاوٹ کے اثرات کا باعث بن سکتی ہے۔ LIC اور UV تھکاوٹ کے درمیان امتیازی خصوصیت یہ ہے کہ LIC ایک مجموعی عمل ہے، جبکہ تھکاوٹ تباہی کا باعث بنتی ہے۔ مواد، جس کے نتیجے میں رنگت یا دیگر اندرونی تبدیلیاں، اور ممکنہ طور پر مواد کو ہٹانا بھی۔
دو مظاہر جو آپٹیکل کارکردگی میں اس واضح کمی کے حالات اور میکانزم کا تعین کرتے ہیں مختصر پلس لیزر نظام میں سنگل پلس نقصان کی حد سے نیچے ہیں۔
پہلا طریقہ کار اضطراری انڈیکس میں ترمیم پر مبنی ہے، جس کے نتیجے میں ایک لینسنگ اثر پیدا ہوتا ہے جو آپٹیکل عنصر پر مقامی روشنی کی شدت کو بڑھا سکتا ہے۔
دوسرے طریقہ کار میں خود پھنسے ہوئے excitons کی تشکیل کے ذریعے آپٹیکل طور پر حوصلہ افزائی کی خرابیوں کی تشکیل شامل ہے، جو جذب مراکز کے جمع ہونے اور نظری افادیت کے نقصان کا باعث بنتی ہے۔
LIC اور آپٹیکل تھکاوٹ دونوں لیزرز میں مرئی اور انفراریڈ طول موج پر ہو سکتی ہیں، اگرچہ ایک حد تک۔ تاہم، UV فوٹون کی اعلی توانائی ان اثرات کو اس سپیکٹرل رینج میں خارج ہونے والے نظاموں میں زیادہ عام بناتی ہے۔
تحقیقی فرم MarketWatch3 کے مطابق، UV لیزر مارکیٹ نے حالیہ برسوں میں تیزی سے ترقی کی ہے اور 2022 اور 2028 کے درمیان 5.4٪ کے CAGR کی توقع ہے۔ ہائی پاور یووی لیزرز ایپلی کیشنز میں ایک کلیدی عنصر بن چکے ہیں جن میں پرنٹنگ، میڈیسن، مائیکرو فیبریکیشن، سیمی کنڈکٹر پروسیسنگ، اور ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ شامل ہیں۔ LIC اور UV تھکاوٹ ان سسٹمز کی کارکردگی کو وقت کے ساتھ تنزلی کا باعث بنتی ہے، جس کے لیے ان کے آپٹیکل پرزوں کی متواتر تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ نمایاں طور پر ایک UV لیزر سسٹم کو برقرار رکھنے کی لاگت کو بڑھاتا ہے اور نظام کی کارکردگی کو کم کرتا ہے۔ سسٹم کے ایل آئی ڈی ٹی میں کمی لیزر سے ہونے والے نقصان کی وجہ سے نظام کی تباہ کن ناکامی کے خطرے کو بھی بڑھا سکتی ہے (شکل 2)۔
LIC اور UV تھکاوٹ کا تجزیہ کرنا
تجربات UV لیزر سسٹمز میں آپٹیکل اجزاء کے انحطاط کے عمل کو نقل کرنے، آلودگی کے ممکنہ ذرائع کی چھان بین کرنے اور مختلف اصلاحی اقدامات کو دریافت کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ ایسے ہی ایک مطالعے میں، LIC میں ہونے والی تبدیلیوں کا تجزیہ کرنے کے لیے تجربات کیے گئے اور UV لیزر شعاع ریزی سے پیدا ہونے والی آپٹیکل تھکاوٹ کا استعمال تقریباً ایک {{0}nm، 10- سے 20-نانو سیکنڈ پلسڈ لیزر کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا۔ 0.6 ملی جولز فی نبض، 0.6 ملی میٹر کے بیم قطر کے ساتھ۔ اس ٹیسٹ بینچ کا اسکیمیٹک خاکہ تصویر 3 میں دکھایا گیا ہے۔
برن باکس "کمبشن چیمبر" کئی اینٹی ریفلیکٹیو کھڑکیوں پر مشتمل ہوتا ہے جو اس بات کی نقالی کرتی ہے کہ یووی لیزر سسٹم کیسے متاثر ہوتا ہے، جیسے بیم ایکسپینڈر۔ برن باکس متوازی طور پر الگ تھلگ تجرباتی ماحول کو انجام دینا ممکن بناتا ہے۔ نصف لہر والی شیٹ اور پولرائزیشن بیم اسپلٹر کیوب نے تجربے میں ہر نظری راستے کی اوسط طاقت کو کنٹرول کرنے کی اجازت دی۔ انرجی میٹرز کے مماثل جوڑے نے اوسط لیزر پاور کی پیمائش کی۔ اس نے آزمائشی آپٹکس کی تھکاوٹ اور/یا آلودگی کے وقت ٹرانسمیشن کے انحطاط کی نگرانی کی۔
تصویر 3. UV لیزر سسٹمز میں آپٹیکل عناصر کے انحطاط، آلودگی کے ممکنہ ذرائع کی چھان بین کرنے اور مختلف اصلاحی اقدامات کو تلاش کرنے کے لیے تیار کیا گیا UV ایکسپوژر ٹیسٹ بیڈ کا اسکیمیٹک۔ ar: مخالف عکاس ونڈو؛ fs: uncoated فیوزڈ سلکا ونڈو؛ hr: انتہائی عکاس آئینہ؛ hwp: ہاف ویو پلیٹ؛ پی بی سی: پولرائزیشن بیم اسپلٹر کیوب۔
روزانہ اور مسلسل پیمائش کے ساتھ تجربات کیے گئے۔ روزانہ کی پیمائش میں ہاؤسنگ کو کھولنا اور تصویر 3 میں دکھائی گئی پیمائش کی پوزیشنوں میں سے ہر ایک پر انرجی میٹر لگانا شامل ہے، بشمول وہ پوزیشن جس میں عام طور پر بیم ٹپر ہوتا ہے، ایک 3- منٹ کی پیمائش کے لیے۔ مسلسل پیمائش میں دو انرجی میٹرز کو پیمائش کی پوزیشنوں پر رکھنا شامل ہے اس پوزیشن کے علاوہ جس میں عام طور پر بیم ٹپر ہوتا ہے۔ انرجی میٹرز نے پھر اگلی روزانہ کی پیمائش تک ہر 30 منٹ میں اوسط پاور ریکارڈ کی۔ ایک ماحولیاتی چیمبر نے مختلف حالات کے مجرد اثرات کی تحقیقات کی اجازت دی، جیسے ویکیوم حالات یا گیس کی موجودگی۔ ہر تجربے کے اختتام پر، ایک تفریق مداخلت کنٹراسٹ خوردبین نے محققین کو کھڑکی کی سطح پر آلودگیوں کو دیکھنے کی اجازت دی۔
تصویر 4. یہاں دکھائے گئے پہلے شفاف آپٹکس پر مبہم سفید آلودگی UV لیزر کے سامنے آنے کے بعد لیزر سے متاثرہ آلودگی (LIC) کی وجہ سے ہے۔ تصویری کریڈٹ: بشکریہ ایڈمنڈ آپٹکس
عام تجرباتی نتائج
دہن کے چیمبر نے متوازی تنہائی کے مطالعے اور لیزر آپٹکس اجزاء جیسے بیم ایکسپینڈر کی زیادہ حقیقت پسندانہ نقلی کی اجازت دی۔ ابتدائی تجربات سے معلوم ہوا کہ دھاگے کے چکنا کرنے والے مادے، اینوڈائزڈ ایلومینیم، اور نئے Viton O-Rings دیگر کئی قسم کی آپٹیکل اسمبلیوں میں UV نظاموں میں آلودگی کے عام ذرائع ہیں۔ ان عوامل کو ہٹانے سے جانچ کی گئی آپٹکس کی زندگی بہتر ہو سکتی ہے۔
Viton O-rings: نئے، نہ کھولے O-rings کے ساتھ، دہن کے چیمبر کی کھڑکی کی ترسیل ٹیسٹ کے چار دن میں کم ہونے لگی اور سات دن کے بعد مکمل طور پر مبہم ہو گئی۔ ٹیسٹ کے بعد آلودہ نظری سطحوں پر ایک دودھیا سفید دھند بنتی ہے (شکل 4)۔ O-rings کو استعمال کرنے سے پہلے بیک کرنے سے کچھ حد تک گیس کے اخراج کو روکا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں ایک ہفتے کے بعد ٹرانسمیشن کے مکمل نقصان کے بجائے پانچ ہفتوں میں ٹرانسمیشن کا 6% نقصان ہوتا ہے۔ او-رنگز کو ویکیوم میں رکھنا یا انہیں صاف ستھرے ماحول میں آزادانہ سانس لینے دینا اتنا ہی موثر ہے جتنا کہ انہیں پکانا۔
انوڈائزڈ ایلومینیم: انوڈائزڈ سطحوں میں سوراخ ہوتے ہیں جو آلودگیوں کو پھنساتے ہیں جو استعمال کے دوران جاری ہوسکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، انوڈائزڈ مواد UV کی نمائش کے تحت رد عمل کا باعث بن سکتے ہیں۔
سٹینلیس سٹیل: اینوڈائزڈ ایلومینیم کے بجائے صاف سٹینلیس سٹیل کے استعمال کے تجربات میں سات ہفتوں کے بعد کوئی خاص انحطاط نہیں دیکھا گیا۔
انڈیم: انڈیم کی ورق مہر O-Rings کے مقابلے UV تھکاوٹ کے خلاف زیادہ مزاحمت فراہم کرتی ہے۔
یہ جانچنے کے لیے اضافی تجربات کیے گئے کہ آپٹکس کا درجہ حرارت LIC کی نشوونما کو کس طرح فروغ دیتا ہے، کیا روزانہ کی صفائی آلودگیوں کو جمع ہونے سے روکتی ہے، اور کیا نظام پر خشک ہوا اڑا دینے سے کوئی مثبت اثر پڑتا ہے۔ یہ نئے تجربات 266 nm طول موج کی جانچ کے لیے 355 nm UV کی نمائش سے آگے بڑھ رہے ہیں۔
خلاصہ کرنا
UV تھکاوٹ اور LIC کو سمجھنا اور اس میں تخفیف کرنا تیزی سے اہم ہو جائے گا کیونکہ بہت سے لیزر سسٹم زیادہ توانائی اور اعلی ریزولیوشن کو استعمال کرنے کے لیے کم طول موج کی طرف جاتے ہیں۔ 355 nm پر تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اگر سسٹم میں روایتی O-rings اور anodized ایلومینیم کا استعمال کیا جائے تو LIC UV لیزر آپٹکس کو ایک ہفتے سے بھی کم وقت میں مکمل طور پر مبہم بنا سکتا ہے۔ خوش قسمتی سے، O-rings کو انڈیم مہروں سے بدل کر، انوڈائزڈ ایلومینیم کو سٹینلیس سٹیل سے بدل کر، اور اردگرد کو ہر ممکن حد تک صاف ستھرا بنا کر ان اثرات کو نمایاں طور پر کم کیا جا سکتا ہے۔ UV لیزر سسٹم تیار کرتے وقت، اپنے آپٹکس سپلائر سے بات کریں تاکہ یہ معلوم کیا جا سکے کہ آپ کے سسٹم کو LIC اور UV تھکاوٹ کے خلاف مزید مزاحم کیسے بنایا جائے جیسا کہ مضمون میں بیان کیا گیا ہے۔
