Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Markus Nyman

Modernissa optiikassa ja fotoniikassa käytetään nanoteknologiaa, koska se mahdollistaa valon tehokkaan hallitsemisen. Nanorakenteista tehtyjä materiaaleja voidaan valmistaa monia eri tarkoituksia varten, ja tällaisilla nanomateriaaleilla on poikkeuksellisia optisia ominaisuuksia: esimerkiksi materiaalin taitekerroin voi olla negatiivinen tai nolla. Tämä väitöskirja keskittyy optisten nanomateriaalien tutkimukseen ja suunnitteluun valon emission ja etenemisen näkökulmasta. Tutkimuksen tavoite on kehittää parempia välineitä nanorakenteisten valonlähteiden ja muiden optisten komponenttien suunnitteluun. Tällaisissa järjestelmissä valon ja aineen vuorovaikutus on usein monimutkaista, ja sen tutkiminen vaatii uudenlaisia menetelmiä.

Väitöskirja esittää nk. aaltoparametreihin perustuvan lähestymistavan optisen emission mallintamiseen nanomateriaaleissa. Pääpaino on materiaaleissa, joiden optiset ominaisuuden riippuvat siitä, missä suunnassa valo etenee materiaalin läpi. Tämän pohjalta väitöskirjan teoreettinen ja kokeellinen tutkimus paljastaa ilmiöitä, joita voidaan soveltaa optisissa antureissa ja energiatehokkaissa valonlähteissä. Väitöskirjassa kehitetään myös uudenlainen aaltolevy, optinen komponentti, jonka avulla muutetaan valon polarisaatiota. Aaltolevy perustuu voimakkaasti kahtaistaittavaan metalli-polymeeri-nanorakenteeseen. Rakenne on hyvin ohut, mikä mahdollistaa sen integroinnin pieniin optisiin laitteisiin.

Väitöskirjassa tutkitaan myös optisia modulaattoreita. Modulaatio on informaation sisällyttämistä signaaliin. Nopeassa optisessa tiedonsiirrossa on haluttua vaihtaa informaatiota optisten signaalien välillä suoraan, ilman muunnosta elektroniseksi signaaliksi. Tämä täysin optinen modulointi edellyttää epälineaarista optista vuorovaikutusta signaalien välillä. Väitöskirjassa kehitetään täysin optinen modulaatiomenetelmä, jossa yhdistyvät vahva epälineaarinen vuorovaikutus ja suuri modulaationopeus. Tähän pohjautuen esitetään myös uusi nopeiden optisten signaalien havaitsemismenetelmä. Molempien menetelmien toimivuus näytetään kokeellisesti alle pikosekunnin aikaskaalassa. Tulokset tarjoavat vaihtoehtoja perinteisille modulaatio- ja havaitsemismenetelmille, ja ovat hyödyllisiä optisessa tiedonsiirrossa ja prosessoinnissa sekä ultranopeiden fysikaalisten ilmiöiden tutkimuksessa.

Vastaväittäjä on professori Alexandre Dmitriev, Göteborgin yliopisto, Ruotsi

Kustos on professori Matti Kaivola, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Tohtorikoulutettavan yhteystiedot: Markus Nyman, [email protected]

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä Zoomissa. Linkki tilaisuuteen

Zoom pikaopas

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja