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

Untangling the relationships in investor networks

Kirjoittajalta Marianna / 25.6.2019

Untangling the relationships in investor networks 25.6.2019 The modern world’s complexity is all around us. Take for example the enormous movie industry, the international flight logistics, or the music streaming services. The recent advancement of technology globalized and digitalized our daily routines, making us consumers of social media platforms and producers of constantly growing big … Jatka artikkeliin Untangling the relationships in investor networks

Sähkökeraamikomponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmä soveltuu myös painettavaan elektroniikkaan

Kirjoittajalta Marianna / 6.2.2019

Sähkökeraamikomponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmä soveltuu myös painettavaan elektroniikkaan 6.2.2019/Text: Maria Väätäjä Sähkökeraamikomponentteja käytetään lähes kaikissa elektroniikkaa hyödyntävissä laitteissa. Sähkökeraamit ovat kiinteitä epäorgaanisia materiaaleja, jotka eroavat esimerkiksi astioissa käytettävistä keraameista siinä, että niillä on hyödyllisiä sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia. Niiden muokkaus komponenteiksi vaatii perinteisesti korkeita lämpötiloja (yli 1000 °C), jälkityöstöä ja haastavia liitostekniikoita. Nyt kaikki tämä onnistuu … Jatka artikkeliin Sähkökeraamikomponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmä soveltuu myös painettavaan elektroniikkaan

Selluloosa venyy moneksi

Kirjoittajalta Marianna / 24.1.2019

Selluloosa venyy moneksi 16.5.2018/Text: Ville Hynninen Mielikuvissa selluloosa on usein yhtä kuin puu ja paperi. Selluloosasta voidaan kuitenkin valmistaa lukuisia erilaisia materiaaleja, joilla on vaihtelevia ja mielenkiintoisia ominaisuuksia, joita harvemmin tulee ajatelleeksi. Tulevaisuudessa selluloosapohjaiset materiaalit voivat korvata monia öljypohjaisia synteettisiä materiaaleja ja tuotteita hyvinkin edistyneissä käyttökohteissa. Pystymetsästä presidentinlinnaan Selluloosa on maapallon yleisin polymeeri, jota puiden … Jatka artikkeliin Selluloosa venyy moneksi