Erittäin nopea laser saadaan aikaan kultananopartikkeleiden avulla
Uudessa tutkimuksessa on luotu laservaloa, jossa valopulssit ovat erittäin lyhyitä ja nopeasti toistuvia. Laservalon tuottamiseen käytettiin metallisia nanorakenteita ja orgaanisia väriaineita. Niiden valmistaminen on edullista, joten uusilla lasereilla on potentiaalia kaupallisen teknologian kehittämiseen.
”Halusimme selvittää, miten nopeita laservalon pulsseja voimme saada aikaan – eli miten nopeasti saamme kytkettyä laserin edestakaisin päälle ja pois. Erittäin nopeiden pulssien tuottaminen voi olla hyödyllistä tietojenkäsittelyssä ja optoelektronisissa laitteissa”, Aalto-yliopiston tutkijatohtori Konstantinos Daskalakis kertoo.
Kokeissa käytetyt näytteet on tehty kultananopartikkeleista, jotka on valmistettu lasille ja upotettu orgaaniseen, valoa säteilevään materiaaliin. Partikkelit on järjestetty neliönmuotoiseen hilaan erittäin lähelle toisiaan, ja niiden ympärillä oleva voimakas sähkömagneettinen kenttä saa väriaineen molekyylit reagoimaan nopeasti.
Kenttien, kultananopartikkelien ja orgaanisen väriaineen vuorovaikutuksesta syntyy ultranopeita, vain sekunnin biljoonasosien mittaisia laserpulsseja.
Niin nopea laser on lupaava esimerkiksi täysin optisten kytkimien ja sensorien kehittämisen kannalta. Valoa tiedonkäsittelyyn käyttävien laitteiden – kameroiden, transistorien ja telekommunikaatioteknologian – suorituskyky ja -nopeus voisivat myös parantua.
Erittäin pienien nanolasereiden säteet ovat harvoin hyvin suunnattuja. Nanopartikkelien järjestäminen hilamuodostelmaan parantaa säteen suuntautuneisuutta huomattavasti. Tällä tavalla tuotettuja lasereita on luotu useissa laboratorioissa eri puolilla maailmaa, mutta niiden kykyä tuottaa ultranopeita pulsseja ei ole todistettu ennen Aalto-yliopiston kokeita.
Pulssien ominaisuuksien mittaaminen on erittäin vaativaa niiden valtavan nopeuden vuoksi.
”Keskeinen tuloksemme on se, että osoitimme kokeellisesti näytteidemme laserpulssien todella olevan ultranopeita. Laserointi tapahtuu optisissa tiloissa, jotka ovat valon ja metallin elektronien liikkeen yhdistelmiä. Tiloja kutsutaan pintahilaresonansseiksi”, selittää akatemiaprofessori Päivi Törmä.
Laservalo puristetaan ensin metallisten nanopartikkelien avulla valon aallonpituutta pienempään tilaan. Sen jälkeen valo vapautuu pintahilaresonansseista sekunnin biljoonasosien välein sykkiviin, tiiviisiin laserpulsseihin.
”Tällaiset laserit ovat erityisen hyviä tuottamaan lasersäteilyä, jonka modulaatiotaajuus on korkea”, kertoo tohtoriopiskelija Aaro Väkeväinen.
Nanopartikkeli-laserilla tuotettu pulssi on niin nopea, ettei tavallisilla sähköisillä kameroilla voida tallentaa sen liikettä. Tutkijat käyttivät toista laseria ikään kuin kamerana saadakseen erittäin nopeita ”kuvia” piskuisesta laserista. Menetelmää kutsutaan ultranopeaksi spektroskopiaksi.
äپٴᲹ:
Päivi Törmä, akatemiaprofessori, Aalto-yliopisto
paivi.torma@aalto.fi
puh. 050 382 6770
Konstantinos Daskalakis, tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
konstantinos.daskalakis@aalto.fi
puh. 050 4414 270
Lue lisää uutisia
The company established by three anthropologists relied on strong research expertise
Etnografinen tutkimustoimisto Kenno Oy was established in 2014 when its three founders were finalising their master's degree studies at the University of Helsinki and wanted to create an interesting job for themselves.
Prototyping and Validation Grant: VeinOptima
Aallon opiskelijan kehitteillä oleva tuote auttaa hoitajia löytämään verisuonet nopeammin.
Kolmen tutkijan ideasta syntyi deep tech -yritys
Vahvaan tutkimusosaamiseen nojaava Sim Analytics Oy sai alkunsa, kun kolme LUT-yliopiston eri laboratorioissa työskennellyttä tutkijakollegaa alkoi miettiä, miten tarjota ja analysoida dataa teollisuusyritysten liiketoimintapäätösten tueksi.