الٹرااسٹ فائبر لیزر ٹکنالوجی فیمٹوسیکنڈ یا پکوسیکنڈ سطح کے الٹراشورٹ لیزر دالوں کو تیار کرتی ہے ، جس میں اعلی بیم کے معیار ، غیر معمولی استحکام ، اور کمپیکٹ ڈھانچے جیسے فوائد پیش کیے جاتے ہیں۔ اس میں صحت سے متعلق پروسیسنگ ، بائیو میڈیکل ریسرچ ، اسپیکٹروسکوپی اور مواصلات میں وسیع پیمانے پر ایپلی کیشنز ملتی ہیں۔ روایتی الٹرااسٹ فائبر لیزرز نایاب زمین کے ڈوپڈ ریشوں کو حاصل کرتے ہیں ، جس میں حوصلہ افزائی کے اخراج کو حاصل کرنے کے لئے نایاب زمین کے آئنوں کی کثیر سطح کی توانائی کے ڈھانچے کا استعمال ہوتا ہے۔ تاہم ، فکسڈ انرجی لیول کی وقفہ کاری اور نایاب زمین آئن ٹرانزیشن کی محدود ورنکرم چوڑائی کی وجہ سے ، لیزر آؤٹ پٹ مجرد ورنکرم حدود تک محدود ہے ، جس سے الٹرااسٹ فائبر لیزرز کے اطلاق کے دائرہ کار کو نمایاں طور پر محدود کیا جاتا ہے۔ الٹرااسٹ فائبر لیزرز کی آؤٹ پٹ طول موج کو آئن ٹرانزیشن کے ذریعہ شامل حد سے آگے بڑھانا نہ صرف الٹرااسٹ ٹکنالوجی کی ترقی میں ایک قدرتی پیشرفت ہے بلکہ سائنسی تحقیق ، طبی ایپلی کیشنز ، دفاع اور دیگر شعبوں میں عملی مطالبات کو بھی حل کرتی ہے۔
الٹرا فاسٹ رامان فائبر لیزرز مخصوص طول موج پر لیزر دالیں پیدا کرنے کے لئے ایک موثر طریقہ کی نمائندگی کرتے ہیں۔ الٹرااسٹ رمن لیزرز کو پیدا کرنے کے لئے موجودہ مرکزی دھارے میں شامل تکنیکوں میں موڈ لاکنگ ، ہم وقت ساز پمپنگ ، اور نان لائنر آپٹیکل گین ماڈیولیشن (NOGM) شامل ہیں۔ موڈ لاکنگ میں عام طور پر مسلسل لہر پمپنگ کا استعمال ہوتا ہے ، جس میں رمن کو کافی حد تک فائدہ حاصل کرنے کے لئے دسیوں سے سیکڑوں میٹر فائبر کی ضرورت ہوتی ہے ، جس کے نتیجے میں اہم بازی اور عدم خطاطی کے ساتھ گونجنے والے ہوتے ہیں۔ ہم وقت ساز پمپنگ پلسڈ پمپنگ کا استعمال کرتی ہے ، جو مؤثر طریقے سے گونج کی لمبائی کو مختصر کرتی ہے۔ تاہم ، اس کو پمپ پلس اور رامان پلس کے مابین ہم آہنگی کی ضرورت ہے ، جس سے نظام کی پیچیدگی میں اضافہ ہوتا ہے۔ دونوں تکنیک فائبر گونجنے والے ڈھانچے پر انحصار کرتی ہیں ، جس سے آؤٹ پٹ رامان پلس انرجی کو این جے رینج تک محدود رکھتا ہے۔ اس کے برعکس ، NOGM ٹکنالوجی اعلی توانائی کے لیزر دالوں کو پیدا کرنے کے لئے ایک واحد فریکوینسی بیج سے انجیکشن رامان فائبر یمپلیفائر کنفیگریشن کا استعمال کرتی ہے۔ فی الحال ، اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے تیار کردہ رامان دالیں سیکڑوں NJ رینج تک پہنچ جاتی ہیں۔ اعلی توانائی کی دالوں کو پیدا کرنے کے لئے سسٹم فن تعمیر کو بہتر بنانا ایک اہم تحقیق کی توجہ ہے۔
نایاب زمینی رامان ہائبرڈ یمپلیفائر
سی او ایم ، چینی اکیڈمی آف سائنسز میں ایرو اسپیس لیزر ٹکنالوجی اور سسٹمز ڈیپارٹمنٹ کے پروفیسر چاؤ جیاقی ، اور یو ایس ٹی سی کے شنگھائی ایڈوانس ریسرچ انسٹی ٹیوٹ کے پروفیسر فینگ یان پر مشتمل ایک مشترکہ تحقیقاتی ٹیم ، YTterbium-doped فائبر امپلیفائرز کے ساتھ مشترکہ NOGM ٹکنالوجی پر مشتمل ہے۔ نایاب زمین کے آئنوں اور محرک رامان بکھرنے (ایس آر ایس) کے ہائبرڈ ایمپلیفیکیشن میکانزم کا فائدہ اٹھاتے ہوئے ، مائکرو فوکلائزیشن کی اہلیت کے ساتھ 1121 این ایم طول موج پر الٹرا فاسٹ رامان لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرتے ہوئے ، جہاں پلس کی چوڑائی 589 ایف ایس کو کمپریس کیا جاسکتا ہے۔
ایک عام NOGM سسٹم میں ، ایک واحد تعدد مسلسل لیزر بیج کے ذریعہ کے طور پر کام کرتا ہے ، جس کو ایک ہی فائبر کے اندر بڑھایا جاتا ہے اور اس کی تشکیل کی جاتی ہے۔ ایک الٹرااسٹ لیزر پمپ کے ماخذ کے طور پر کام کرتا ہے ، جو ایس آر ایس کے ذریعہ نان لائنر آپٹیکل فائدہ فراہم کرتا ہے۔ وسعت صرف واحد تعدد مسلسل لیزر اور پمپ لیزر کے مابین عارضی اوورلیپ خطے میں ہوتی ہے ، بالآخر اسے پمپ لیزر کے ساتھ ہم آہنگ رامان پلس میں تبدیل کرتی ہے۔ روایتی NOGM سسٹم میں ، پمپ پلس انرجی ایمپلیفیکیشن یونٹ اور نان لائنر آپٹیکل فریکوینسی تبادلوں یونٹ الگ ہوجاتے ہیں: اعلی طاقت کی طول موج ڈویژن ملٹی پلیکسرز کو ایک واحد فریکوینسی لگاتار لیزر بیجوں کے ساتھ اعلی توانائی کے پمپ دالوں کو جوڑا ہونا ضروری ہے۔ مزید برآں ، اعلی طاقت کے حالات میں فعال اور غیر فعال ریشوں کے فیوژن کو الگ کرنے سے طویل مدتی نظام استحکام کا خطرہ ہوتا ہے۔ ریسرچ ٹیم نے ایک ناول الٹرااسٹ فائبر لیزر نایاب زمینی رامان ہائبرڈ ایمپلیفائر تیار کیا۔ YTTERBIUM-DOPED فائبر کو بیک وقت نایاب زمین اور رامان حاصل کرنے کے لئے استعمال کرکے ، یہ مائکروجول کی حد میں سنگل نبض کی توانائوں کے ساتھ رامان دالیں پیدا کرسکتا ہے۔ جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے ، ایک گین سوئچنگ ڈایڈڈ 1065 ینیم پلس لیزر پیدا کرتا ہے جس کی نبض کی چوڑائی 18.3 پی ایس کی ہے ، جو 10 میگا ہرٹز کی تکرار کی شرح پر مقرر ہے ، جو نظام کے پمپ کے ذریعہ کے طور پر کام کرتی ہے۔ ایک تنگ لائن وڈتھ 1121 این ایم سیمیکمڈکٹر سنگل فریکوئینسی مسلسل لیزر بیج کے ماخذ کے طور پر کام کرتا ہے ، بیک وقت یٹربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر میں ان پٹ کرتا ہے۔
چترا 1 الٹرا فاسٹ فائبر لیزر نایاب زمین رمان ہائبرڈ ایمپلیفائر سسٹم کا اسکیمیٹک
جیسا کہ شکل 2 (a)-(d) میں دکھایا گیا ہے ، 1121 ینیم رامان پلس کی واحد پلس توانائی کو μ 1 μj تک بڑھایا جاسکتا ہے ، جس میں پلس کی چوڑائی 589 fs پر دب جاتی ہے۔ زیادہ سے زیادہ رامان تبادلوں کی کارکردگی 69.9 ٪ تک پہنچ جاتی ہے ، اور پلس کی تکرار کی شرح سگنل ٹو شور کا تناسب 81.1 ڈی بی کو حاصل کرتا ہے۔ واحد تعدد مستقل لیزر انجیکشن کے بغیر ، 1121 این ایم رامان پلس کی خصوصیات (ای)-(ایچ) میں دکھائی گئی ہیں۔ ان شرائط کے تحت ، پیدا ہونے والا رامان پلس شور کی طرح کی خصوصیات کے قریب نمائش کرتا ہے ، جس میں غیر مستحکم نبض کی ترتیب کی شدت اور کم تکرار کی شرح سگنل سے شور کا تناسب 67.4 ڈی بی ہے۔ یہ تجرباتی نتائج نایاب زمین رمن ہائبرڈ ایمپلیفیکیشن NOGM کی فزیبلٹی اور واحد تعدد بیج انجیکشن کی ضرورت کی تصدیق کرتے ہیں۔
چترا 2 رامان پلس لیزر کی خصوصیات (a)-(d) سنگل فریکوینسی مسلسل لیزر انجیکشن اور (e)-(h) کے ساتھ سنگل فریکوینسی مسلسل لیزر انجیکشن کے بغیر
اسی کے ساتھ ، عددی نقالی نے 60 پی ایس پمپ پلس کی چوڑائی اور 14.5 μm کے رامان فائبر کور قطر کی شرائط کے تحت نبض کے ارتقا کی ماڈلنگ کی ، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 10 μJ رینج میں رامان پلس آؤٹ پٹ وسیع پمپ کی دالوں اور بڑے کور ڈیمیٹر ریمن فائبروں کو ملازمت سے حاصل کیا جاسکتا ہے۔
چترا 3 تخروپن کے نتائج پمپ پلس کی چوڑائی 60 پی ایس کی چوڑائی اور تقریبا 14 14.5 μm کے فائبر کور قطر کے نتائج
اس مطالعے میں ایک ناول الٹرااسٹ فائبر لیزر یٹربیم رامین ہائبرڈ یمپلیفائر کا مظاہرہ کیا گیا ہے ، جس میں 1121 این ایم رامان لیزر آؤٹ پٹ کا μ 1 μJ حاصل کیا گیا ہے جس میں نبض کی چوڑائی 589 FS پر کمپریس ہے۔ مزید عددی نقوش سے پتہ چلتا ہے کہ پمپ لیزر کو وسیع تر نبض کی چوڑائی اور فائبر کے ساتھ استعمال کرنا بڑے کور قطر کے ساتھ 10 μJ رینج میں فیمٹوسیکنڈ رامان پلس آؤٹ پٹس کو ممکنہ طور پر حاصل کرسکتا ہے ، جو بعد کی تحقیق کے لئے ایک کلیدی توجہ کی نمائندگی کرتا ہے۔ یہ فیمٹوسیکنڈ رامان فائبر لیزر ، جو مخصوص طول موج پر اعلی توانائی کی دالیں پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے ، مادی پروسیسنگ اور بائیو میڈیکل امیجنگ جیسے ایپلی کیشنز کے لئے لائٹ سورس ٹکنالوجی کی وعدہ پیش کرتا ہے۔
