Piifotoniikkapiirien ja III/V-puolijohdevalonlähteiden integrointi mahdollistaa tehokkaiden fotonisten integroitujen piirien (PIC) hyödyntämisen ympäristökaasujen tarkan mittaamisen tai biomarkkereiden reaaliaikaisen seurannan esimerkiksi uusissa älyrannekkeissa. 

Perinteisesti fotonisten integroitujen piirien (PIC) käyttökohteita ovat olleet tietoliikenteessä, mutta Tampereen yliopistolla ensi viikon torstaina 5.9. väittelevä DI Samu-Pekka Ojasen väitöskirja käsittelee niiden soveltamista anturiratkaisuissa erityisesti 2–4 µm aallonpituusalueella.

Perinteisestä optiset anturit ovat usein suurikokoisia, kalliita ja kuluttavat paljon energiaa, mikä rajoittaa niiden mahdollisuuksia reaaliaikaiseen seurantaan ja tarkkoihin mittauksiin eri sovelluksissa. Siksi väitöskirjassa käsitellään PIC-teknologian kehitysprosessia alkaen suunnittelusta ja puolijohdeprosessoinnista aina konkreettisiin sovelluksiin asti.

Väitöskirjatutkimuksessa käsitellään hybridilaser-valonlähteitä, joiden avulla voidaan  valmistaa kompakteja ja energiatehokkaita antureita uudenlaisiin mittausratkaisuihin. Näin niitä voidaan soveltaa esimerkiksi metaanin ja hiilidioksidin kaltaisten kaasujen sekä tärkeiden biomarkkereiden, kuten glukoosin ja maitohapon, tarkassa mittaamisessa.

Ojanen esittelee hybridilaser-valonlähteitä, jotka yhdistävät GaSb-pohjaisia III/V-puolijohdemateriaaleja pii- ja piinitridialustojen kanssa. Tämä yhdistelmä mahdollistaa erittäin herkän kaasujen havaitsemisen. Hybridilasereilla voidaan kehittää kompakteja ja edullisia antureita, jotka mahdollistavat reaaliaikaisen ympäristökaasujen seurannan.

Terveydenhuollossa hybridilaserit voisivat mullistaa diagnostiikan mahdollistamalla biomarkkereiden, kuten glukoosin, reaaliaikaisen ja ei-invasiivisen seurannan. Tämä tarjoaisi käytännöllisemmän ja potilasystävällisemmän vaihtoehdon perinteisille verikokeille, samalla parantaen potilaiden sitoutumista jatkuvaan seurantaan.

DI Samu-Pekka Ojanen suoritti väitöskirjatutkimuksensa Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa (ORC) professori Mircea Guinan ohjauksessa. Hänen väitöskirjansa valmistui osana Tampereen yliopiston Teollisuuden tutkijakoulun DSII-ohjelmaa ja sai suoraa rahoitusta Vaisalalta.

Lisää: Samu-Pekka Ojasen väitöskirja Multiwavelength Photonic Integrated Lasers with Emission at 2–3 µm  pdf-tiedostona (LINKKI).