Puolijohdelaserien tutkimus avaa uusia ratkaisuja itseohjautuviin autoihin, lääketieteeseen ja piifotoniikkaan

27.10.2017/Text: Antti Aho

Antti Aho, optoelektroniikka, Tampereen teknillinen yliopisto

Laservaloa käytetään nykyään monissa arkisissa sovelluskohteissa, kuten dvd- ja blu-ray-soittimissa, op­tisessa tiedonsiirrossa sekä viivakoodinlukijoissa. Tulevaisuudessa sovellusalojen kirjo näyttää vain kas­vavan. Laserien suorituskyvyn ja ominaisuuksien kehittyessä niitä voidaan käyttää tavoilla, jotka yh­dessä muun tekniikan kehityksen kanssa mahdollistavat uusien teknologioiden yleistymisen.

Olen suorittanut jatko-opintojani reilun vuoden verran Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa TTY:llä ja kerron tässä lyhyesti sovelluskohteista, joihin puolijohdelaserien kehitys­pro­jek­tim­me liittyvät. Tutkimuksessamme korostuu selkeästi kaksi puolta: materiaalitutkimus hyvälaatuisen lasermateriaalin valmistamiseksi sekä valmistustekniikoiden kehitys laadukkaiden komponenttien tuottamiseksi.

Sensoreita itseohjautuviin autoihin

Yksi suurimmista yhteiskuntaa tulevaisuudessa muokkaavista hankkeista lienee itseohjautuvien autojen kehittäminen. Monta teknistä ongelmaa on kuitenkin ratkaistava, ennen kuin autonomiset kulkuneuvot voivat yleistyä, ja yksi näistä ongelmista on autojen sensorijärjestelmä. Robottiautot voivat kerätä tietoa ympäristöstään useilla eri menetelmillä, joista yksi on LIDAR eli optinen tutka. Kehitämme täl­laiseen LIDAR-järjestelmään soveltuvaa kompaktia puolijohdelaseria, joka pyrkii ratkaisemaan kak­si ongelmaa: silmäturvallisuusvaatimuksista aiheutuvat tehorajoitteet sekä huonoista sää­olo­suh­teis­ta, kuten sumusta, johtuvan suorituskyvyn heikkenemisen.

Keltaista valoa kompaktisti

Puolijohdelaserit ovat käytännöllisiä ja pienikokoisia valonlähteitä moneen sovellukseen. Yksi niiden merkittävä ongelma kuitenkin on, että tietyillä aallonpituuksilla laserdiodien valoteho ja hyötysuhde ovat huonoja, ja kaikkia aallonpituuksia ei ole lainkaan mahdollista tuottaa suoraan. Eräs ongelmallinen aallonpituusalue on keltaisen ja oranssin valon välimaastossa, ja tällaisella laservalolla olisi so­vel­luskohteita mm. lääketieteessä ja spektroskopiassa. Lähestymistapamme ongelman ratkaisuun on tuttu esimerkiksi vihreistä laserpointtereista: kehitämme infrapuna-alueella emittoivaa suu­ri­tehoista laserdiodia, jonka säteilemän valon aallonpituus puolitetaan taajuuskahdennuskiteellä. Näin on mahdollista rakentaa pienikokoinen, keltaista valoa emittoiva komponentti. Tähän tutkimuskohteeseen liittyen väitöskirjani ensimmäinen vertaisarvioitu artikkeli on juuri julkaistavana (https://doi.org/10.1109/LPT.2017.2760038).

Sulautettuja valonlähteitä piifotoniikkaan

Piifotoniikalla tarkoitetaan sovellusalaa, jossa piialustaa käytetään valon ohjaamiseen ja muokkaamiseen, ja sillä on useita käyttökohteita tiedonsiirrosta signaalinkäsittelyyn. Vaikka pii on hallitseva materiaali perinteisessä elektroniikassa, sitä ei voida käyttää valon synnyttämiseen tai vahvistamiseen, joten optisesti aktiiviset komponentit täytyy valmistaa muista materiaaleista. Ryhmämme tutkii tapoja sulauttaa nämä valonlähteet suoraan piifotoniikkapiirille, jolloin piireistä on mahdollista rakentaa pienikokoisempia ja monipuolisempia.

Antti Aho työskentelee väitöskirjatutkijana Optoelektroniikan tutkimuslaitoksella Tampereen teknillisellä yliopistolla tutkimusalanaan suuritehoiset, kapean viivanleveyden laserdiodit. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä apurahaa jatko-opintoihinsa vuonna 2017.

Uusimmat artikkelit

Design and Implementation of Efficient Working Hydraulics of Electrified Non-Road Mobile Machinery for Enhancing Environmental Sustainability

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 5.1.2024

Design and Implementation of Efficient Working Hydraulics of Electrified Non-Road Mobile Machinery for Enhancing Environmental Sustainability 5.1.2024/Text: Vinay Partap Singh Design and Implementation of Efficient Working Hydraulics of Electrified Non-Road Mobile Machinery for Enhancing Environmental Sustainability The almost inevitable climate crisis is forcing governments, and industries across all spectrums to make every possible effort to avoid…

Verinäyte on ikkuna syöpäsolun tumaan

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 4.1.2024

Verinäyte on ikkuna syöpäsolun tumaan 4.1.2024/Teksti: Joonatan Sipola Ihmisen verenkierrossa on kuolleista soluista vapautuneita DNA-pätkiä. Pitkälle edenneen syövän potilailla osa tästä on usein peräisin syöpäsoluista – soluista jotka toimivat virheellisesti DNA:han tulleiden muutosten takia. Täten yksinkertaisesta verinäytteestä voidaan nähdä suoraan syövän ytimeen, siihen mistä sen yksilöllinen käyttäytyminen johtuu. Maisemat ovat avarat Analysoimalla DNA-pätkien emäsparisekvenssit voidaan…

Nitrides for brighter future

Kirjoittajalta Marianna / 6.6.2023

Nitrides for brighter future 6.6.2023/Text: Igor Prozheev Ever since discovery of semiconductors and their first application in transistors in the middle of the 20th century, academic and industrial researches were developing these wonderful materials. Following the requirement to enhance performance while reducing production costs, enthusiasts were able to pack high power in miniature sizes. Remember…