Lounais-Häme

Tammelan kasvatti auttaa laserdioditutkimuksellaan kehittämään tulevaisuuden teknologiaa

Tammelalaissyntyisen Topi Uusitalon väitöskirja käsittelee pintahilallisien laserdiodien kehitystä. Laserdiodit tarjoavat monia etuja perinteisiin ratkaisuihin verrattuna useissa sovelluskohteissa kuten uuden sukupolven langattomien verkkojen signaalinluonnissa ja avaruuteen tarkoitetussa spektroskopiassa.

Korkean suorituskyvyn laserit ovat tavallisesti pohjautuneet kuitulasereihin, jotka ovat kooltaan suurehkoja ja kustannuksiltaan kalliita. Diodilaserit ovat kompakteja ja edullisia, mutta niiden suorituskyvyn saaminen kuitulasereita vastaavalle tasolle on vaativampaa.

Suuri osa diodilasereista perustuu haudattuun hilarakenteeseen, joka vaatii kuitenkin monimutkaisen puolijohteen kasvatus- ja prosessointipolun, mikä voi lisätä valmistusvirheitä ja alentaa laserien elinikää.

Väitöstutkimuksessaan Topi Uusitalo kehitti pintahilaa hyödyntäviä laserdiodeja seuraavan sukupolven langattomiin tietoliikenneverkkoihin (5G tai 6G) ja avaruuteen tarkoitettuun spektroskopiaan. Pintahilojen avulla puolijohdekomponenttien valmistus yksinkertaistuu, jolloin valmistuskustannuksia saadaan laskettua. Pintahiloja käytettäessä on myös mahdollista pidentää laserien käyttöikää, parantaa prosessin tuottoa ja laserien luotettavuutta.

-Tekemällä pieniä muutoksia pintahilan rakenteeseen voidaan laserien ominaisuuksia parantaa vastaamaan tai jopa ylittämään tyypillisten haudattuja hiloja hyödyntävien laserien suorituskyky, Uusitalo kuvailee.

Seuraavan sukupolven langattomissa tietoliikenneverkoissa pyritään käyttämään useiden kymmenien gigahertsien taajuuksilla olevia radiosignaaleja, kun nykyiset 4G-verkot käyttävät noin gigahertsin taajuusalueita. Nopeammat langattomat verkot vaativat tosin korkean radiotaajuuden vuoksi tiheässä olevia tukiasemia.

Uusi tekniikka on tarpeen, koska korkeataajuisten radiosignaalien luominen tukiasemilla nykyisellä tekniikalla on kallista ja tehotonta. Laservalon avulla korkean taajuuden signaaleja voidaan muodostaa skaalattavasti ja kustannustehokkaasti. Valo siirtyy kuitua pitkin vähin häviöin kauempanakin oleville tukiasemille.

-Laserdiodeilla käyttämällä voi olla mahdollista yksinkertaistaa yksittäisiä tukiasemia, jolloin kokonaiskustannus olisi pienempi, Uusitalo sanoo.

Kapeakaistainen laservalo on hyödyllistä myös spektroskopian sovellutuksissa. Valolähteen pitää olla kestävä ja stabiili, jos käyttökohteena on esimerkiksi avaruus.

Laserdiodeissa ei ole liikkuvia osia, joten niiden sietokyky koville kiihdytyksille ja värinöille on korkea. Topi Uusitalo syventyi väitöstutkimuksessaan kapeakaistaisten laserdiodien suunnitteluun. Yhtenä projektina oli kehittää Euroopan avaruusjärjestölle laseria avaruuskäyttöistä avaruuskelloa varten.

Uusitalo työskentelee tällä hetkellä fotoniikan laboratorion ORC-tutkimusryhmässä Tampereen teknillisellä yliopistolla.

Tutkimus on hänen mukaansa usean ihmisen yhteistyötä ja myötävaikutusta. TTY:llä on käynnissä monia tutkimusprojekteja. Uusitalo on parhaillaan mukana projektissa, jossa kehitetään kompaktia keltaisen valon laserdiodijärjestelmää parantamaan silmänpohjamuutoksia, joita diabetes aiheuttaa. Kyseinen projekti kestää näillä näkymin ensi vuoden loppuun. FL

Uusimmat