Optisesti pumpattujen puolijohdekiekkolasereiden suuri optinen teho hyvällä säteenlaadulla mahdollistaa niiden käytön monissa eri sovelluksessa aina viihde-elektroniikasta lääketieteeseen.
Puolijohdekiekkolaserin aktiivinen vahvistinpeili valmistetaan epitaksiamenetelmällä, jossa kasvatettavien puolijohdekerrosten hilarakenne kopioituu alustakiteestä. Tällainen kasvatusmenetelmä edellyttää yhteensopivuutta materiaalien välillä, joka rajoittaa materiaalivalikoimaa ja siten myös lasereiden toiminta-aallonpituutta.
Väitöstyössään Rautiainen on kehittänyt infrapuna-aallonpituudella toimivia puolijohdekiekkolasereita, joiden aallonpituus on laajennettu näkyvälle aallonpituudelle resonaattorin sisälle asetettavalla epälineaarisella kiteellä.
–Työssä onnistuttiin luomaan punaista ja oranssia valoa tuottavia lasereita, jollaisia voidaan käyttää esimerkiksi laserprojektionäytöissä tai lääketieteessä, kertoo Rautiainen.
Perinteisesti puolijohdekiekkolaserin valon vahvistus tapahtuu kvanttikaivoihin perustuvassa aktiivisessa peilissä. Vaihtoehto kvanttikaivoille on kvanttipisteet, joiden ominaisuudet mahdollistavat valon vahvistamisen hyvin laajalla aallonpituuskaistalla.
Rautiaisen väitöstyössä valmistettiin useita kvanttipisteisiin perustuvia puolijohdekiekkolasereita, jotka toimivat 940–1260 nanometrin aallonpituuksilla. Materiaalien yhteensopivuusrajoitus voidaan välttää myös käyttämällä niin sanottua kiekkofuusiota. Tekniikka mahdollistaa erikseen valmistettavien vahvistinrakenteen ja pohjapeilin yhteen liittämisen. Työssä yhdistettiin korkealaatuisia InP-pohjaisia vahvistinrakenteita korkeasti heijastaviin GaAs/AlGaAs alustapeileihin, jotka mahdollistivat lasereiden toiminnan 1200–1570 nanometrin aallonpituuksilla. Tällaiset pitkän aallonpituuden laserit ovat erittäin potentiaalisia vaihtoehtoja optisessa tietoliikenteessä käytettävien Raman kuitulasereiden pumppaukseen.
–Samat materiaalivalikoiman rajoitukset ovat vaikuttaneet myös lyhyitä optisia pulsseja tuottaviin lasereihin. Tämän vuoksi kehitimme näihin uusiin tekniikoihin perustuvia pulssitettuja lasereita 1220 ja 1300 nanometrin aallonpituuksille.
Diplomi-insinööri Jussi Rautiaisen puolijohdefysiikan alaan kuuluva väitöskirja Tailoring the Wavelength of Continuous Wave and Mode Locked Semiconductor Disk Lasers (”Jatkuvatoimisten ja muotolukittujen puolijohdekiekkolasereiden emissioaallonpituuden räätälöinti”) tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunnassa perjantaina 10.2.2012 kello 12.00 Sähkötalon auditoriossa S1 (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Nikolay Ledentsov (VI Systems, Berliini). Tilaisuutta valvoo professori Oleg Okhotnikov TTY:n Optoelektroniikan tutkimuskeskuksesta.
Jussi Rautiainen on kotoisin Kiuruvedeltä ja työskentelee tutkijana TTY:n Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa.
Lisätietoja: Jussi Rautiainen, puh. 040 198 1063, jussi.rautiainen@tut.fi