Optoelektroniikka kehittää seuraavan sukupolven lasereita
Optoelektroniikan tutkijat kartoittavat uusia materiaaleja ja rakenteita, joita voidaan hyödyntää seuraavan sukupolven laserteknologioissa. Lasereiden uusista ominaisuuksista on apua muun muassa silmän laserleikkauksissa.
Suomen Akatemian rahoittamassa Gemini-hankkeessa tutkittiin valon ja materian välistä vuorovaikutusta mikrokaviteeteissa ja fotonikiteissä sekä kartoitettiin niiden hyödyntämistä optoteknologiassa. Tampereen teknillisen yliopiston Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa (ORC) vuosina 2004–2006 toteutettua hanketta johti professori Oleg Okhotnikov.
”Tarkoituksena oli tutkia näiden materiaalien ja rakenteiden käyttöä kuitulasereissa. Jatkossa tavoitteena on kehittää hankkeessa saatujen tulosten ja uuden tiedon pohjalta uusia ja edistyksellisempiä lasereita”, Okhotnikov sanoo.
”Eri materiaalien ja rakenteiden ominaisuudet avaavat uusia ovia ja mahdollisuuksia. Hankkeessa kehittämämme ratkaisu on erittäin käytännöllinen myös aiempia vastaavanlaisia lasereita selvästi pienemmän kokonsa ansiosta.”
Optoteknologiaa hyödynnetään muun muassa suurten tietomäärien siirtämisessä optisia kuituja pitkin, cd- ja dvd-levyille tallentamisessa, erilaisten materiaalien työstämisessä laserilla sekä lasereiden yhdistämisessä teollisuusrobotteihin. Lisäksi optoteknologiaan perustuvia kuvantamismenetelmiä käytetään yhä yleisemmin lääketieteessä sekä biolääketieteen ja kemian mittausmenetelmissä.
Apua tieteellisiin mittauksiin ja laserleikkauksiin
”Suuritehoinen, ultralyhyitä pulsseja lähettävä kuitulaser soveltuu myös muun muassa teolliseen käyttöön teräksen leikkauksessa. Kuitulaser on myöskin huomattavasti energiatehokkaampi ratkaisu esimerkiksi hitsauksessa kuin perinteiset menetelmät”, Gemini-hankkeessa mukana ollut tutkija Lasse Orsila kuvaa.
Orsilan väitöskirja käsitteli optisten ohutkalvojen käyttöä ultranopeissa kuitulasereissa. Ultralyhyitä optisia pulsseja tarvitaan esimerkiksi tieteellisissä mittauksissa, kun halutaan mitata yhä nopeampia kemiallisia reaktioita tai välttää mitattavan kappaleen lämpenemistä kesken mittauksen. Ultralyhyet pulssit ovat kestoltaan alle yhden pikosekunnin eli sekunnin biljoonasosan.
Lyhyistä pulsseista ja niiden suuresta hetkellisestä huipputehosta on hyötyä esimerkiksi laserilla tehtävissä silmäleikkauksissa. Tällöin leikkausjälki on tarkempi, sillä leikkausreunat eivät ehdi kuumentua tai vääntyä kuten pidemmillä valopulsseilla tai mekaanisesti leikatessa.
Perustutkimuksesta käytäntöön
Gemini-hankkeen yhteydessä syntyi neljä väitöskirjaa. Suomen optiikan seura palkitsi tutkimusryhmässä työskennelleen Antti Isomäen väitöskirjan vuonna 2007 parhaana optiikan alan väitöksenä.
”Suomen Akatemialta saatu rahoitus on ollut meille erittäin tärkeää. Sen avulla on voinut keskittyä paremmin tutkimukseen ja tutkimusryhmän johtamiseen. Muista rahoituslähteistä saatava rahoitus ei mahdollista samalla tavalla keskittymistä perustutkimukseen, joka on edellytys uudelle tiedolle ja edelleen uusille läpimurroille”, Okhotnikov sanoo.
Hankkeen pohjalta syntyi myös pieni erikoisosaamiseen perustuva yritys, joka valmistaa kuitulasereissa käytettäviä puolijohdekomponentteja asiakkaille eri puolilla maailmaa. Toiminnan taustalla on neljä patenttia.
”Hankkeessa syntyi paljon osaamista. Näimme tärkeäksi sen siirtämisen myös liiketoiminnaksi. Toki tarvittavan osaamismassan kerääminen kesti useampia vuosia”, Okhotnikov muistuttaa.
Teksti: Jukka Muukkonen
Kuvat: Janne Ruotsalainen