مختلف قسم کے ایپلی کیشنز کے لیے عام لیزر سسٹمز کی ایک وسیع رینج موجود ہے، بشمول میٹریل پروسیسنگ، لیزر سرجری، اور ریموٹ سینسنگ، لیکن بہت سے لیزر سسٹم مشترکہ کلیدی پیرامیٹرز کا اشتراک کرتے ہیں۔ ان پیرامیٹرز کے لیے عام اصطلاحات کا قیام غلط مواصلت 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۔
شکل 1: ایک عام لیزر میٹریل پروسیسنگ سسٹم کا اسکیمیٹک، جہاں لیزر سسٹم کے 10 کلیدی پیرامیٹرز میں سے ہر ایک کو متعلقہ نمبر سے ظاہر کیا جاتا 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۔ مختلف مواد میں مادی پروسیسنگ میں طول موج پر منحصر جذب کی منفرد خصوصیات ہوں گی، جس کے نتیجے میں مواد کے ساتھ مختلف تعاملات ہوں گے۔ اسی طرح، ماحول کا جذب اور مداخلت ریموٹ سینسنگ میں مخصوص طول موج کو مختلف طریقے سے متاثر کرے گی، اور مختلف کمپلیکس طبی لیزر ایپلی کیشنز میں مخصوص طول موج کو مختلف طریقے سے جذب کریں گے۔ چھوٹے طول موج کے لیزرز اور لیزر آپٹکس کم سے کم پیریفرل ہیٹنگ کے ساتھ چھوٹی، درست خصوصیات کی تخلیق میں سہولت فراہم کرتے ہیں کیونکہ فوکل اسپاٹ چھوٹا ہوتا ہے۔ تاہم، وہ عام طور پر زیادہ مہنگے ہوتے ہیں اور طویل طول موج کے لیزرز سے زیادہ آسانی سے خراب ہوتے ہیں۔
2: طاقت اور توانائی (عام یونٹس: W یا J)
لیزر کی طاقت کو واٹ (W) میں ماپا جاتا ہے اور اسے مسلسل لہر (CW) لیزر کی آپٹیکل پاور آؤٹ پٹ یا پلسڈ لیزر کی اوسط طاقت کو نمایاں 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۔
شکل 2: نبض کی توانائی، تکرار کی شرح اور ایک پلس لیزر کی اوسط طاقت کے درمیان تعلق کی بصری نمائندگی
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 پریزیشن میٹریل پروسیسنگ اور میڈیکل لیزرز شامل ہیں، اور ان کی خصوصیت تقریباً picoseconds (10-12 سیکنڈ) سے attoseconds (10-18 سیکنڈ) تک ہوتی ہے۔
شکل 3: سپند لیزر دالیں وقت کے ساتھ تکرار کی شرح کے باہم الگ ہو جاتی ہیں۔
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 الٹا وقت نبض کا وقفہ (شکل 3) 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 آپٹکس کی سطح پر اور آخری فوکس پوائنٹ پر تھرمل ریلیکس کے وقت کم ہوتے ہیں، جو مواد کو تیز تر گرم کرنے کا باعث بنتا 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، لیزر پرجوش اخراج سے تیار ہوتے ہیں۔ ہم آہنگی پھیلنے کے پورے عمل میں کم ہوتی ہے، اور لیزر کی ہم آہنگی کی لمبائی ایک فاصلے کی وضاحت کرتی ہے جس پر لیزر کی وقتی ہم آہنگی کو ایک خاص معیار پر برقرار رکھا جاتا ہے۔
6: پولرائزیشن
پولرائزیشن روشنی کی لہر کے برقی میدان کی سمت کی وضاحت 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 کی ڈگری کو عام طور پر دو آرتھوگونلی پولرائزڈ حالتوں میں روشنی کی فوکل لمبائی کے تناسب کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے، جیسے 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 کی خصوصیت رکھتا ہے، یا اس کا جسمانی طول و عرض پھیلاؤ کی سمت کے لیے کھڑا ہے۔ اسے عام طور پر 1/e2 چوڑائی کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، جو 1/e2 (≈ 13.5%) پر بیم کی شدت سے پہنچ جاتی ہے۔ 1/e2 پوائنٹ پر، برقی میدان کی طاقت 1/e (≈ 37%) تک گر جاتی ہے۔ شہتیر کا قطر جتنا بڑا ہوگا، بیم کی کٹائی سے بچنے کے لیے آپٹکس اور پورے نظام کو اتنا ہی بڑا ہونا ضروری ہے، جس سے قیمت بڑھ جاتی ہے۔ تاہم، بیم کے قطر میں کمی سے طاقت/توانائی کی کثافت بڑھ جاتی ہے، جو نقصان دہ بھی ہو سکتی 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 رقبہ سے متعلق ہے۔ بیم کا قطر جتنا بڑا ہوگا، مسلسل طاقت یا توانائی کے ساتھ بیم کی طاقت/توانائی کی کثافت اتنی ہی کم ہوگی۔ سسٹم کے آخری آؤٹ پٹ پر (مثلاً، لیزر کٹنگ یا ویلڈنگ میں)، ایک اعلی طاقت/توانائی کی کثافت اکثر مطلوبہ ہوتی ہے، لیکن نظام کے اندر، کم طاقت/توانائی کا ارتکاز اکثر لیزر سے ہونے والے نقصان کو روکنے کے لیے فائدہ مند ہوتا ہے۔ یہ بیم کے ہائی پاور/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 نہ پھیلایا جائے کہ شہتیر سسٹم میں موجود یپرچرز سے دھندلا ہو جائے، جس کے نتیجے میں توانائی ضائع ہو 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، جن کے بیم پروفائلز بالترتیب گاوسی اور فلیٹ ٹاپ فنکشنز کی پیروی کرتے ہیں (شکل 4)۔ تاہم، کوئی بھی لیزر بیم پروفائل کے ساتھ مکمل طور پر گاوسی یا مکمل طور پر فلیٹ ٹاپ بیم تیار نہیں کر سکتا جو بالکل اس کے ایگین فنکشن سے میل کھاتا ہے، کیونکہ لیزر کے اندر ہمیشہ ایک خاص تعداد میں گرم مقامات یا اتار چڑھاؤ ہوتے ہیں۔ لیزر کے اصل بیم پروفائل اور مثالی بیم پروفائل کے درمیان فرق کو عام طور پر ایک میٹرک کے ذریعہ بیان کیا جاتا ہے جس میں لیزر کا M2 عنصر شامل ہوتا ہے۔
شکل 4: گاوسی بیم کے بیم پروفائل کا ایک ہی اوسط طاقت یا شدت اور فلیٹ ٹاپ بیم کا موازنہ ظاہر کرتا ہے کہ گاوسی بیم کی چوٹی کی شدت فلیٹ ٹاپ بیم سے دوگنا ہے۔
10: انحراف (عام اکائیاں: 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 ڈگری کو بیان کرتا ہے جس میں شعاع لیزر کی شہتیر کی کمر سے بڑھتے ہوئے فاصلوں پر پھیلنے کی وجہ سے ہٹ جاتی ہے۔ طویل آپریٹنگ فاصلوں والی ایپلی کیشنز میں، جیسے LIDAR سسٹم جہاں اشیاء لیزر سسٹم سے سینکڑوں میٹر دور ہو سکتی ہیں، انحراف ایک خاص اہم مسئلہ بن جاتا ہے۔ شہتیر کے انحراف کو عام طور پر لیزر کے نصف زاویہ سے بیان کیا جاتا ہے، اور گاوسی بیم کے انحراف (θ) کی تعریف اس طرح کی جاتی ہے:
تصویر۔
λ لیزر کی طول موج ہے اور w0 لیزر کی بیم کمر ہے۔
سسٹم کے حتمی 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۔ کروی خرابی کو کم سے کم کرنے اور چھوٹے فوکل اسپاٹ سائز پیدا کرنے کے لیے روایتی کروی لینز کی جگہ اسفیریکل لینز اکثر 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 اکائیاں: 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، عام طور پر کام کی دوری کو کم سے کم کرنے کی کوشش کرتے ہیں، جبکہ دیگر ایپلی کیشنز، جیسے کہ ریموٹ سینسنگ، کا مقصد عام طور پر اپنے کام کی دوری کی حد کو زیادہ سے زیادہ کرنا ہوتا ہے۔
