Random laser
بے ترتیب لیزر (آر ایل) ایک لیزر ہے جس میں بکھرے ہوئے ذرات کے ذریعے نظری ردعمل فراہم کیا جاتا ہے۔ جیسا کہ روایتی لیزرز میں، آپٹیکل امپلیفکیشن کے لیے ایک گین میڈیم کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاہم، Fabry-Pérot cavities اور تقسیم شدہ فیڈ بیک لیزرز کے برعکس، RLs میں نہ تو عکاسی کرنے والی سطحوں اور نہ ہی تقسیم شدہ دورانیے کے ڈھانچے کا استعمال کیا جاتا ہے، کیونکہ روشنی ایک فعال علاقے میں پھیلنے والے عناصر کے ذریعہ محدود ہوتی ہے جو یا تو فائدہ میڈیم کے اندر مقامی طور پر تقسیم ہو سکتی ہے یا نہیں۔ بے ترتیب لیزر کے پیچھے بنیادی اصول بے ترتیب میڈیا کے ساتھ روشنی کے راستے کو بڑھانا ہے۔ یہ منتشر بے ترتیب میڈیا کے ذریعے یا لیزر فعال پس منظر کے ساتھ بے ترتیب میڈیا میں مضبوط لوکلائزیشن کا استعمال کرکے کیا جا سکتا ہے۔ بے ترتیب لیزنگ کی اطلاع مختلف قسم کے مواد سے ملی ہے، مثال کے طور پر۔ ڈائی اور بکھرے ہوئے ذرات کے کولائڈیل حل، سیمی کنڈکٹر پاؤڈر، سیمی کنڈکٹر پولی کرسٹل لائن پتلی فلمیں، آپٹیکل فائبر اور پولیمر۔ کم مقامی ہم آہنگی اور لیزر جیسی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی کے ساتھ آؤٹ پٹ کے اخراج کی وجہ سے، آر ایل توانائی کی موثر روشنی کی ایپلی کیشنز کے لیے پرکشش آلات ہیں۔ بے ترتیب لیزنگ کا تصور بھی وقت سے الٹ سکتا ہے، جس کے نتیجے میں بے ترتیب اینٹی لیزر ہوتا ہے، جو ایک بے ترتیب میڈیم ہے جو آنے والی مربوط تابکاری کو مکمل طور پر جذب کر سکتا ہے۔ آپریشن کے اصول آر ایل کے آپریشن کے اصول پر بڑے پیمانے پر بحث کی گئی ہے اور مختلف نظریاتی طریقوں کی اطلاع دی گئی ہے (حوالہ جات دیکھیں)۔ آر ایل کے اہم عناصر، جیسا کہ روایتی لیزرز میں، امپلیفکیشن اور فیڈ بیک ہوتے ہیں، جہاں پمپڈ گین میڈیم کے ذریعے امپلیفکیشن اور بکھرے ہوئے ذرات کے ذریعے فیڈ بیک فراہم کیا جاتا ہے۔ تقسیم شدہ فیڈ بیک سب سے زیادہ استعمال ہونے والا فن تعمیر ہے، جس میں بکھرے ہوئے ذرات کو سرایت کیا جاتا ہے اور تصادفی طور پر فائدہ میڈیم میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ تقسیم شدہ فیڈ بیک کے برعکس، مقامی طور پر مقامی فیڈ بیک آر ایل میں، گین اور فیڈ بیک کو بکھرے ہوئے میڈیا کے ذریعے محدود گین میڈیم کے ساتھ مقامی طور پر الگ کیا جاتا ہے، جو فیڈ بیک عناصر اور آؤٹ پٹ کوپلرز کے طور پر کام کرتے ہیں۔ دونوں آرکیٹیکچرز میں، گونج اور لیزنگ کے طریقے موجود ہیں اگر بند لوپس طول موج کی انٹیجر تعداد کے ساتھ ہوتے ہیں۔ بکھرنے والا ذرہ واقعے کی لہر میں بے ترتیب (غیر متوقع) مرحلے کی شراکت کا اضافہ کرتا ہے۔ بکھری ہوئی لہر پھیلتی ہے اور دوبارہ بکھری ہوئی ہے، جس سے بے ترتیب مرحلے کی مزید شراکت شامل ہوتی ہے۔ اگر بند لوپ میں تمام فیز کی شراکت ایک مخصوص فریکوئنسی پر 2π کے انٹیجر ملٹیپل میں جمع ہوتی ہے، تو فریکوئنسی موڈ کو اس فریکوئنسی پر موجود ہونے کی اجازت ہے۔ اخراج کے نظام پہلی رپورٹوں کے بعد سے، آر ایل سے دو مختلف سپیکٹرم کے دستخط دیکھے گئے ہیں۔ غیر گونج کا اخراج (جسے غیر مطابقت پذیر یا صرف طول و عرض کا اخراج بھی کہا جاتا ہے) جس کی خصوصیت چند نینو میٹر کے ایف ڈبلیو ایچ ایم کے ساتھ ایک واحد چوٹی والے سپیکٹرم کی ہوتی ہے، اور گونج کا اخراج (جسے ہم آہنگ اخراج بھی کہا جاتا ہے)، جس کی خصوصیت ذیلی نینومیٹر لائن وڈتھ کے ساتھ متعدد تنگ چوٹیوں کی ہوتی ہے، جو بے ترتیب طور پر تعدد میں تقسیم ہوتے ہیں۔ پچھلا نام مظاہر کی تشریح کی وجہ سے ہے، کیونکہ گونج نظام میں مشاہدہ کردہ ذیلی نینومیٹر لائن وڈتھ کے ساتھ تیز گونج آپٹیکل مرحلے سے کسی قسم کی شراکت کی تجویز کرتی ہے جبکہ غیر گونج نظام کو بکھرے ہوئے روشنی کی وسعت کے طور پر سمجھا جاتا ہے جس میں کوئی فکسڈ فیز تعلق نہیں ہوتا ہے۔ عام طور پر، آپریشن کی دو حکومتیں تقسیم شدہ فیڈ بیک آر ایل میں پھیلے ہوئے عنصر کی بکھرے ہوئے خصوصیات سے منسوب ہیں: ایک کمزور (انتہائی) بکھرے ہوئے میڈیم، جس میں ٹرانسپورٹ کا مطلب آزاد راستہ ہے جو اخراج کی طول موج سے بہت زیادہ (موازنہ) غیر گونج پیدا کرتا ہے۔ (گونج) بے ترتیب لیزنگ اخراج۔ حال ہی میں یہ ظاہر کیا گیا ہے کہ آپریشن کا نظام نہ صرف استعمال ہونے والے مواد پر بلکہ پمپ کے سائز اور شکل پر بھی منحصر ہے۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ غیر گونج والا نظام دراصل بڑی تعداد میں تنگ طریقوں پر مشتمل ہوتا ہے جو خلا اور تعدد میں اوورلیپ ہوتے ہیں اور مضبوطی سے ایک دوسرے کے ساتھ جڑے ہوتے ہیں، جو فائدہ کے منحنی خطوط اور بڑھے ہوئے بے ساختہ اخراج کے مقابلے میں تنگ ایف ڈبلیو ایچ ایم کے ساتھ ایک واحد چوٹی والے سپیکٹرم میں گر جاتے ہیں۔ گونج والے نظام میں، کم طریقے پرجوش ہوتے ہیں، وہ فائدہ کے لیے ایک دوسرے کا مقابلہ نہیں کرتے اور ایک ساتھ جوڑے نہیں بناتے۔ اینڈرسن لوکلائزیشن اینڈرسن لوکلائزیشن ایک معروف رجحان ہے جو اس وقت ہوتا ہے جب الیکٹران ایک بے ترتیب دھاتی ڈھانچے میں پھنس جاتے ہیں، اور یہ دھات کنڈکٹر سے موصلیت میں مرحلے کی منتقلی سے گزرتی ہے۔ ان الیکٹرانوں کو اینڈرسن لوکلائزڈ کہا جاتا ہے۔ اس لوکلائزیشن کے لیے شرائط یہ ہیں کہ دھات میں بکھرے ہوئے مادوں کی کافی زیادہ کثافت ہوتی ہے (دوسرے الیکٹران، گھماؤ وغیرہ)۔ آزاد الیکٹرانوں کو ایک ہی لوپ والے راستے پر چلنے کا سبب بنانا۔ فوٹونوں اور الیکٹرانوں کے درمیان مشابہت نے اس نقطہ نظر کی حوصلہ افزائی کی ہے کہ بکھرے ہوئے میڈیم کے ذریعے پھیلنے والے فوٹونوں کو بھی اینڈرسن لوکلائزڈ سمجھا جا سکتا ہے۔ اس کے مطابق، اگر آئیوف-ریگل معیار، جس میں فوٹون لہر-ویکٹر k کے تناسب کا مطلب آزاد راستہ (کسی فوٹون کا کسی چیز سے ٹکرانا نہیں) l ہے، پورا ہوتا ہے: kl <1، تو اس بات کا امکان ہے کہ فوٹون اسی طرح پھنس جائیں گے جس طرح اینڈرسن لوکلائزیشن کے تحت الیکٹرانوں کو پھنستے ہوئے دیکھا جاتا ہے۔ اس طرح، جب کہ فوٹون پھنس جاتا ہے، بکھرے ہوئے ایک نظری گہا کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔ فائدہ میڈیم جس میں بکھرے ہوئے جھوٹ بولتے ہیں وہ محرک اخراج کی اجازت دے گا۔ جیسا کہ ایک عام لیزر میں، اگر فائدہ ہونے والے نقصانات سے زیادہ ہے، تو لیزنگ کی حد ٹوٹ جائے گی اور لیزنگ ہو سکتی ہے۔ اس لوپ میں سفر کرنے والے فوٹون بھی ایک دوسرے کے ساتھ مداخلت کریں گے۔ اچھی طرح سے بیان کردہ گہا کی لمبائی (1-10 μm) اس بات کو یقینی بنائے گی کہ مداخلت تعمیری ہے اور بعض طریقوں کو ارتعاش کرنے کی اجازت دے گی۔ فائدہ کے لیے مقابلہ لیزنگ کی حد تک پہنچنے کے بعد ایک موڈ کو ارتعاش کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ تاہم، بے ترتیب لیزر تھیوری سے پتہ چلتا ہے کہ بے ترتیب میڈیا کو بڑھانے میں متعدد بکھرنے کے لیے اینڈرسن کی روشنی کی لوکلائزیشن بالکل نہیں ہوتی، حالانکہ اس حقیقت کو ثابت کرنے کے لیے مداخلت کا حساب ضروری ہے۔ اس کے برعکس، نام نہاد کمزور لوکلائزیشن کے عمل کو ثابت کیا جا سکتا ہے، لیکن اس پر واضح طور پر بحث کی جاتی ہے، کہ آیا وہ میکانزم موڈ کے اعداد و شمار میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں یا نہیں۔ حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ یہ کمزور لوکلائزیشن کے عمل بے ترتیب لیزنگ کے آغاز کے لیے گورننگ مظاہر نہیں ہیں۔ بے ترتیب لیزنگ kl> 1 کے لیے ہوتی ہے۔ یہ تجرباتی نتائج سے متفق ہے۔ اگرچہ بالکل "بند لوپس" پر روشنی کا سفر بدیہی طور پر محدود لیزنگ کے مقامات کے واقع ہونے کی وضاحت کرے گا، لیکن سوال اب بھی کھلا ہے کہ آیا، مثال کے طور پر۔ محرک شدہ اخراج کے عمل ان عمل کے ساتھ مربوط ہیں۔ تاہم، "پریفارمڈ کیوٹیز" کے نظریہ کی تصدیق نہیں ہوئی ہے۔ لیزنگ کی حد سے تجاوز کرنے کے لیے درکار گین میڈیم کی عام مقدار بکھرے ہوئے کثافت پر بہت زیادہ منحصر ہوتی ہے۔ ایپلی کیشنز یہ فیلڈ نسبتا جوان ہے اور اس طرح اس میں بہت سی قابل اطلاق ایپلی کیشنز نہیں ہیں۔ تاہم، زیڈ این او پر مبنی بے ترتیب لیزر برقی طور پر پمپ کیے گئے یو وی لیزرز، بائیوسینسرز اور آپٹیکل انفارمیشن پروسیسنگ کے لیے امید افزا امیدوار ہیں۔ یہ کم پیداواری لاگت کی وجہ سے ہے اور یہ کہ سبسٹریٹ کی پیداوار کے لیے زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت پاؤڈر کے لیے تقریبا 500 ڈگری سیلسیس دیکھا گیا ہے۔ یہ 700 ڈگری سیلسیس سے زیادہ درجہ حرارت پر عام لیزر کرسٹل تیار کرنے کے برعکس ہے۔ ایسے مادوں میں لیزر ایکشن کے مطالعہ کے لیے بے ترتیب لیزرز کے استعمال کی طرف بھی ایک ممکنہ اطلاق کے طور پر اشارہ کیا گیا ہے جو یکساں بڑے کرسٹل کی شکل میں پیدا نہیں ہو سکتے تھے۔ مزید برآں، تعدد کی حدود میں جہاں اعلی عکاسی کرنے والے آئینے دستیاب نہیں ہیں (مثال کے طور پر، گاما رے، ایکس رے)، مناسب بکھرنے والے میڈیم کے ذریعہ فراہم کردہ فیڈ بیک کو لیزر ایکشن کے متبادل کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ 2005 سے پہلے تجویز کردہ ان میں سے بہت سی درخواستوں کا نوگینوف نے پہلے ہی جائزہ لے لیا ہے۔ 2015 میں، لوان اور ساتھی کارکنوں نے ان میں سے کچھ پر روشنی ڈالی، جن میں حال ہی میں دکھائے گئے نمونوں پر زور دیا گیا، جن میں فوٹوونک بارکوڈ، آپٹو مائیکرو فلوئڈکس، آپٹیکل بیٹریاں، کینسر کی تشخیصی، سپیکل فری بائیو امیجنگ، آن چپ رینڈم سپیکٹرومیٹر، ٹائم ریزولیوڈ مائکروسکوپی/سپیکٹروسکوپی، سینسنگ، فرینڈ دشمن کی شناخت وغیرہ شامل ہیں۔ مزید برآں، بے ترتیب لیزر قدرتی طور پر دو کلیدی برتریوں سے مالا مال ہے، یعنی لیزر کی سطح کی شدت اور وسیع آئتاکار اخراج، جو تھرمل روشنی کے ذرائع، روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس (ایل ای ڈی)، اور عام لیزرز میں باہمی طور پر خصوصی ہیں۔ یہ خیال کیا جاتا ہے کہ بے ترتیب لیزر لیزر کی روشنی، اور دھبے سے پاک امیجنگ کے لیے ایک امید افزا اور جدید روشنی کا ذریعہ ہے۔ لیزر مضامین کی فہرست حوالہ جات بیرونی لنکس جرنل آف آپٹکس بھی دیکھیں۔ خاص مسئلہ: نینو اور بے ترتیب لیزر۔ فروری 2010 لیزر ٹائپ لیزر سائنس