Erittäin nopea laser saadaan aikaan kultananopartikkeleiden avulla

Hyvin nopeiden, säädettävien ja vakaiden nanopartikkelihila-lasereiden avulla voisi kehittää tehokkaita kytkimiä ja sensoreita.
Nanopartikkelihila-laserit muodostavat vain sekunnin biljoonasosien mittaisia laserpulsseja. Kuva: Konstantinos Daskalakis.

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.

Lisätietoja:

Päivi Törmä, akatemiaprofessori, Aalto-yliopisto
[email protected]
puh. 050 382 6770
Quantum Dynamics –tutkimusryhmä

Konstantinos Daskalakis, tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
[email protected]
puh. 050 4414 270

Artikkeli

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Aalto-yliopiston vesitutkimus
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomalaisyrityksistä maailman vesivastuullisimmat – uusi tiekartta näyttää suunnan

Aalto-yliopiston, Luonnonvarakeskuksen ja VTT:n maa- ja metsätalousministeriön rahoituksella laatiman tiekartan tavoitteena on, että suomalaisyritykset ovat vuonna 2030 vesivastuullisimpia maailmassa.
Illustration on beige background: two students painting a big yellow lightbulb.
Tiedotteet, Opinnot Julkaistu:

Hae Aalto Thesis -projektiin: HSL - Ohjelmistotuotanto 2.0!

Aalto Thesis -ohjelman projektihaku maistereille on auki. Lue lisää HSL:n projektista ja hae mukaan!
Tiina Tuurnala, Alumna of the Year 2019, School of Engineering
Nimitykset, Tiedotteet Julkaistu:

Tiina Tuurnala Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulun Vuoden alumni 2019

”Nykyinen tehtäväni on mahtava näköalapaikka, jossa voin yhdessä muiden toimijoiden kanssa tehdä työtä kohti nollapäästöistä merenkulkua.”
Materiaali pohjautuu keväällä järjestettyyn kiiteltyyn luentosarjaan. Tekijät toivovat mukaan erityisesti nuoria, sillä heidän arjessaan sosiaalinen media on tiiveimmin mukana ja neljännes nuorista on joutunut kiusatuksi somessa.
Tiedotteet Julkaistu:

Ilmainen opiskelupaketti someilmiöistä: Mitä jokaisen tulisi tietää verkkohäiriköinnistä, someriippuvuudesta ja valeuutisista?

Materiaali pohjautuu kiiteltyyn luentosarjaan. Tekijät toivovat mukaan erityisesti nuoria, sillä heidän arjessaan sosiaalinen media on tiiveimmin mukana ja neljännes nuorista on joutunut kiusatuksi somessa.