Tampereen yliopisto

Kehittyneitä puolijohdelasereita silmäturvalliseen valotutkaan ja hankalien kelta–oranssien aallonpituuksien tuottamiseen

Jaa

Kirkkaille, aallonpituuslukituille puolijohdelasereille on kysyntää esimerkiksi itseajavien autojen LIDAR-valotutkissa ja lääketieteen sovelluksissa, joissa tarvitaan kelta–oranssia valoa. Valotutkien suorituskykyä voidaan parantaa siirtymällä käyttämään suuren silmäturvallisen tehon mahdollistavaa aallonpituusaluetta, ja puolijohdemateriaalien ominaisuuksien rajaamia kelta–oransseja aallonpituuksia on mahdollista tuottaa tehokkaasti taajuuskahdennuksen avulla. Diplomi-insinööri Antti Aho tutkii väitöskirjassaan näihin käyttötarkoituksiin sopivien laserdiodien valmistusta keskittyen komponenttien mittaamiseen.

Antti Aho. Kuva: Heidi Tuorila.
Antti Aho. Kuva: Heidi Tuorila.

Yksinkertainen puolijohdelaserdiodi, jollainen on tuttu esimerkiksi CD- ja DVD-soittimesta, on helppo ja halpa valmistaa. Sen heikkoutena kuitenkin on, että valon aallonpituus muuttuu voimakkaasti lämpötilan vaihdellessa, spektri on verrattain leveä ja säteen laatu huono tai teho pieni. Osa laserien sovelluksista vaatii täsmällistä toiminta-aallonpituutta, kapeaa spektriä, suurta tehoa ja hyvää säteenlaatua.

DI Antti Aho tutkii väitöskirjassaan, kuinka nämä ominaisuudet voidaan saavuttaa käyttäen saumattomasti laserdiodiin yhdistettyä pintahilaa ja levenevää aaltojohdeosiota. Tutkimusasetelma valittiin kahden potentiaalisen sovelluskohteen, LIDAR-valotutkan ja taajuuskahdennuksen, mukaan.

Monet nykyiset LIDAR-järjestelmät toimivat hieman näkyvää valoa pidemmällä aallonpituusalueella 900 nm ympäristössä. Tämän aallonpituusalueen etuna on komponenttien edullinen saatavuus, mutta haittapuolena on valotehon alhainen silmäturvallisuusraja. Käytettäessä aallonpituusaluetta 1500 nm voidaan käyttää suurempia tehoja ihmissilmän ominaisuuksista johtuen. Turvallisuusstandardin mukaan teho voi olla yli miljoonakertainen.

– Suurempi optinen teho parantaa valotutkan suorituskykyä. Kapea ja lukittu aallonpituus parantaa suorituskykyä edelleen, kun suurin osa auringon taustasäteilystä voidaan suodattaa pois ja parantaa näin signaali-kohinasuhdetta, Antti Aho kertoo.

Taajuuskahdennus vaatii kapeaa spektriä ja hyvää säteenlaatua

Laservaloa on vaikeaa tuottaa tietyillä aallonpituusalueilla puolijohteita käyttäen, mikä johtuu puolijohdemateriaalien rajoituksista. Yksi tällainen hankala aallonpituusalue on kelta–oranssi valo.

– Sovelluskohteita laservalolle löytyy esimerkiksi dermatologiassa, DNA-sekvensoinnissa ja spektroskopiassa, Aho esittelee.

Materiaalien rajoitteita voidaan kiertää käyttämällä taajuuskahdennusmenetelmää. Siinä epälineaarista materiaalia käyttäen voidaan tuottaa valoa, jonka aallonpituus on puolet alkuperäisen valon aallonpituudesta. Tällöin 1180 nm valosta, jota voidaan tuottaa tehokkaasti puolijohdelaserilla, saadaan keltaisen ja oranssin rajalla olevaa 590 nm valoa. Korkean hyötysuhteen taajuuskahdennus vaatii laserilta suurta tehoa, kapeaa ja vakaata spektriä sekä hyvää säteenlaatua.

Väitöskirjatutkimuksessa spektrin kaventamiseksi ja lukitsemiseksi käytetään laserdiodin kanssa samalle puolijohdesirulle yhdistettyä pintahilaa. Tapauksissa, joissa sovellus vaatii säteeltä hyvää laatua ja suurta tehoa, käytetään levenevää aaltojohdeosiota, joka on myös yhdistetty saumattomasti samalle sirulle.

Tutkimus on suoritettu osana tutkimusryhmää Optoelektroniikan tutkimuskeskuksella ORC:lla. Laserdioditutkimus vaatii monen alan erikoisosaamista ja työpanosta: sähköistä ja optista mallinnusta, materiaalien suunnittelua ja valmistusta, puolijohteiden prosessointia, komponenttien paketointia ja mittaamista.

– Oman työni pääpaino oli valmistettujen diodien mittaamisessa. Kehittyneiden lasersirujen mittaamiseen oli kehitettävä uudenlaisia mittausjärjestelmiä, jotka mahdollistavat esimerkiksi useiden sähköisten osioiden kytkennän samanaikaisesti, Aho kertoo.

Diplomi-insinööri Antti Ahon puolijohdetekniikan alaan kuuluva väitöskirja Monolithically Integrated Wavelength Locked and High-Brightness Laser Diodes tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa lauantaina 4.12.2021 klo 12 alkaen Sähkötalon salissa S2, Korkeakoulunkatu 3, Tampere. Vastaväittäjänä toimii professori Matthieu Roussey Itä-Suomen yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mircea Guina tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Antti Aho
050 913 4081
antti.aho@tuni.fi

Kuvat

Antti Aho. Kuva: Heidi Tuorila.
Antti Aho. Kuva: Heidi Tuorila.
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Väitös: Lasten psykoosilääkehoidon seurantakäytäntöjen yhtenäistäminen kannattaa7.12.2021 09:01:00 EET | Tiedote

Psykoosilääkkeiden käyttö lasten mielenterveyshäiriöiden hoidossa on lisääntynyt. Lastenpsykiatrisen hoidon osana toteutettu oikea-aikainen lääkehoito voi helpottaa lapsen oireilua. Lääkehoidon aloituksen ja seurannan käytäntöihin tulisi kuitenkin kiinnittää erityistä huomiota. LL Kirsi Kakon väitöskirjatutkimus osoittaa, että psykoosilääkehoidon haittavaikutukset, kuten painonnousu ja sokeri- ja rasva-aineenvaihdunnan epäedulliset muutokset, ovat varsin yleisiä myös suomalaisilla lapsilla. Lääkehoidon turvallisuutta voidaan kuitenkin edistää yhtenäisillä seurantakäytännöillä.

Väitös: Tietojärjestelmämuistutus ja tulospalkkakannuste parantavat lääkäreiden diagnoosien kirjaustasoa perusterveydenhuollossa1.12.2021 10:28:13 EET | Tiedote

Perusterveydenhuollon asiakas- ja potilastietojärjestelmissä diagnoosien kirjaustaso on ollut vuosikausia riittämättömällä tasolla, mikä on rajoittanut tietojärjestelmien hyödyntämistä palvelujen laadun ja vaikuttavuuden arvioinnissa. Lääketieteen lisensiaatti Tuomo Lehtovuori keskittyy väitöstutkimuksessaan arvioimaan tietojärjestelmämuistutuksen ja ryhmätulospalkkauksen vaikutusta diagnoosien kirjaustasoon. Tutkimus osoitti molemmat menetelmät toimiviksi.

Väitös: Retriittimäinen työskentely rauhoittaa tietotyön sykettä ja tukee reflektiivistä työotetta30.11.2021 09:46:15 EET | Tiedote

Tietotyön pirstaleisuus ja rajojen hämärtyminen aiheuttavat haasteita työn ja uran hallinnalle. VTM Hanne Vesala tutki väitöskirjassaan, miten väliaikainen työympäristön vaihdos luonnonläheiseen ja maaseutumaiseen saaristoympäristöön yksin tai yhdessä kollegojen kanssa vaikutti tietotyöläisten työskentelyyn ja koettuun hyvinvointiin. Tutkimuksessa havaittiin, että epätavallinen työympäristö voi synnyttää luovan liminaalitilan, jossa työn ja uran kehittäminen saavat sysäyksen eteenpäin yhteisöllisessä ilmapiirissä.

Tampereen yliopiston yhteistoimintaneuvottelut ovat päättyneet ja muutoskeskustelut käynnistyvät29.11.2021 13:08:24 EET | Tiedote

Tampereen yliopiston keskitettyjä tukipalveluja koskevat yhteistoimintaneuvottelut päättyivät 16.11. Työnantaja on 29.11. antanut työntekijöiden edustajille selvityksen päätöksistä ja jatkavasta organisaatiosta. Työsuhteen päättämistä, uusien tehtävien tarjoamista tai eläkkeelle siirtymistä koskevien muutoskeskustelujen kutsut lähetetään 29.-30.11. niille työntekijöille, joita muutos koskee.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme