کریوجینک لیزر کیا ہے؟

کم درجہ حرارت پر کام کرنے والے لیزر کا تصور نیا نہیں ہے: تاریخ میں دوسرا لیزر کریوجینک تھا۔ ابتدائی طور پر، تصور کو کمرے کے درجہ حرارت کے آپریشن کو حاصل کرنا مشکل تھا، اور کم درجہ حرارت کے کام کا جوش 1990 کی دہائی میں ہائی پاور لیزرز اور امپلیفائرز کی ترقی کے ساتھ شروع ہوا۔

اعلی طاقت میںلیزر ذرائعتھرمل اثرات جیسے ڈیپولرائزیشن نقصان، تھرمل لینس یا لیزر کرسٹل موڑنے کی کارکردگی کو متاثر کر سکتے ہیںروشنی کا ذریعہ. کم درجہ حرارت کی ٹھنڈک کے ذریعے، بہت سے نقصان دہ تھرمل اثرات کو مؤثر طریقے سے دبایا جا سکتا ہے، یعنی گین میڈیم کو 77K یا یہاں تک کہ 4K تک ٹھنڈا کرنے کی ضرورت ہے۔ کولنگ اثر میں بنیادی طور پر شامل ہیں:

گین میڈیم کی خصوصیت کی چالکتا کو بہت زیادہ روکا جاتا ہے، بنیادی طور پر اس وجہ سے کہ رسی کا اوسط آزاد راستہ بڑھ گیا ہے۔ نتیجے کے طور پر، درجہ حرارت کا میلان ڈرامائی طور پر گر جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، جب درجہ حرارت کو 300K سے 77K تک کم کیا جاتا ہے، تو YAG کرسٹل کی تھرمل چالکتا سات کے عنصر سے بڑھ جاتی ہے۔

تھرمل ڈفیوژن گتانک بھی تیزی سے کم ہوتا ہے۔ یہ، درجہ حرارت کے میلان میں کمی کے ساتھ، تھرمل لینسنگ کے اثر کو کم کرنے اور اس وجہ سے تناؤ کے پھٹنے کا امکان کم ہوتا ہے۔

تھرمو آپٹیکل گتانک بھی کم ہو گیا ہے، جس سے تھرمل لینس اثر کو مزید کم کر دیا گیا ہے۔

نایاب ارتھ آئن کے جذب کراس سیکشن میں اضافہ بنیادی طور پر تھرمل اثر کی وجہ سے پھیلاؤ میں کمی کی وجہ سے ہے۔ لہذا، سنترپتی طاقت کو کم کیا جاتا ہے اور لیزر حاصل میں اضافہ ہوتا ہے. لہذا، تھریشولڈ پمپ کی طاقت کم ہو جاتی ہے، اور جب Q سوئچ کام کر رہا ہو تو چھوٹی دالیں حاصل کی جا سکتی ہیں۔ آؤٹ پٹ کپلر کی ترسیل کو بڑھا کر، ڈھلوان کی کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے، لہذا پرجیوی گہا کے نقصان کا اثر کم اہم ہو جاتا ہے۔

کواسی تھری لیول گین میڈیم کی کل نچلی سطح کا پارٹیکل نمبر کم ہو جاتا ہے، اس لیے تھریشولڈ پمپنگ پاور کم ہو جاتی ہے اور بجلی کی کارکردگی بہتر ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، Yb:YAG، جو 1030nm پر روشنی پیدا کرتا ہے، کو کمرے کے درجہ حرارت پر ایک نیم تین سطح کے نظام کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے، لیکن 77K پر چار سطح کے نظام کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔ Er: YAG کے لیے بھی ایسا ہی ہے۔

حاصل میڈیم پر منحصر ہے، کچھ بجھانے کے عمل کی شدت کم ہو جائے گی۔

مندرجہ بالا عوامل کے ساتھ مل کر، کم درجہ حرارت کا آپریشن لیزر کی کارکردگی کو بہت بہتر بنا سکتا ہے۔ خاص طور پر، کم درجہ حرارت کولنگ لیزرز تھرمل اثرات کے بغیر بہت زیادہ آؤٹ پٹ پاور حاصل کر سکتے ہیں، یعنی اچھی بیم کوالٹی حاصل کی جا سکتی ہے۔

غور کرنے کے لیے ایک مسئلہ یہ ہے کہ کرائیو کولڈ لیزر کرسٹل میں، ریڈی ایٹ لائٹ اور جذب شدہ روشنی کی بینڈوتھ کم ہو جائے گی، اس لیے ویو لینتھ ٹیوننگ رینج کم ہو جائے گی، اور پمپ لیزر کی لائن چوڑائی اور طول موج کا استحکام زیادہ سخت ہو گا۔ . تاہم، یہ اثر عام طور پر نایاب ہے.

کریوجینک کولنگ عام طور پر کولنٹ کا استعمال کرتی ہے، جیسے مائع نائٹروجن یا مائع ہیلیم، اور مثالی طور پر ریفریجرینٹ لیزر کرسٹل سے منسلک ٹیوب کے ذریعے گردش کرتا ہے۔ کولنٹ کو وقت پر دوبارہ بھر دیا جاتا ہے یا بند لوپ میں ری سائیکل کیا جاتا ہے۔ مضبوطی سے بچنے کے لیے، عام طور پر لیزر کرسٹل کو ویکیوم چیمبر میں رکھنا ضروری ہوتا ہے۔

کم درجہ حرارت پر کام کرنے والے لیزر کرسٹل کے تصور کا اطلاق امپلیفائر پر بھی کیا جا سکتا ہے۔ ٹائٹینیم سیفائر کو مثبت فیڈ بیک یمپلیفائر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، دسیوں واٹ میں اوسط آؤٹ پٹ پاور۔

اگرچہ کرائیوجینک کولنگ ڈیوائسز پیچیدہ ہو سکتی ہیں۔لیزر کے نظام، زیادہ عام کولنگ سسٹم اکثر کم آسان ہوتے ہیں، اور کرائیوجینک کولنگ کی کارکردگی پیچیدگی میں کچھ کمی کی اجازت دیتی ہے۔