Turun yliopiston tutkijat loivat uuden energiatehokkaan laserin

Turun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen kiinteän olomuodon polaritonilaserin, joka valmistetaan kokonaan energiatehokkaalla liuosprosessoinnilla. Menetelmä voi haastaa nykyiset, tyhjiöpinnoitukseen perustuvat tuotantotavat, jotka ovat pitkään määrittäneet laserteknologian kehityksen suuntaa. Tutkimus julkaistiin 31.8.2026, ja se toteutettiin Turun yliopiston kone- ja materiaalitekniikan laitoksella yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston kanssa.

Uuden laserin ydin perustuu valon ja aineen vahvaan vuorovaikutukseen, jossa syntyy polaritoneiksi kutsuttuja hybriditiloja. Polaritonilaserit ovat tulevaisuuden optisen laskennan ja tiedonsiirron kannalta merkittäviä, sillä ne toimivat pienemmällä teholla ja kytkeytyvät päälle ja pois ultranopeasti. Tutkimus osoittaa, että tällaisia laitteita voidaan valmistaa huomattavasti aiempaa yksinkertaisemmin ja edullisemmin.

Liuosprosessointi haastaa pääomavaltaiset tuotantotavat

Perinteisesti kiinteän olomuodon lasereiden valmistus edellyttää monimutkaisia ja energiaa kuluttavia tyhjiöpinnoitusmenetelmiä. Turun yliopiston tutkimusryhmä osoittaa, että jokainen laserin kerros voidaan valmistaa nestemäisestä liuoksesta, mikä vähentää laitteistotarvetta ja energiankulutusta.

”Keskeinen tuloksemme on, että pystymme valmistamaan kokonaisen kiinteän olomuodon mikrokaviteettilaserin pelkästään liuosprosessoinnilla. Tämä on merkittävää, sillä se osoittaa, että laser voidaan valmistaa yksinkertaisella ja helposti skaalautuvalla menetelmällä ja samalla saavuttaa edistyneessä lasertutkimuksessa vaadittava korkea optinen laatu”, sanoo Turun yliopiston, apulaisprofessori Konstantinos Daskalakis yliopiston tiedotteessa (31.8.2026).

Tutkimuksessa käytetty spin coating -menetelmä, eli linkouspinnoitus, mahdollisti sekä valoa vangitsevien peilien että orgaanisen valoa emittoivan kerroksen valmistamisen ilman kallista tyhjiötekniikkaa. Menetelmä avaa mahdollisuuksia myös pienemmille tutkimusryhmille, joilla ei ole pääsyä suurten laboratorioiden laitteistoihin.

Polaritonilaser tuo näkyväksi valon ja aineen yhteiskäyttäytymisen

Polaritonilaserin toiminta perustuu valon ja molekyylien sekoittumiseen hybriditiloiksi. Tämä kollektiivinen käyttäytyminen tuottaa laserlähteen säteilyn eri tavalla kuin perinteisissä lasereissa, joissa säteily syntyy pelkästään valosta.

”Erityisen kiinnostavaa on se, että emme ainoastaan valmista yksinkertaista liuosprosessoinnilla tuotettua rakennetta, vaan saamme aikaan myös toimivan kiinteän olomuodon polaritonilaserin. Tämä tarjoaa tutkijoille huomattavasti saavutettavamman tavan kehittää ja tutkia tällaisia laitteita”, sanoo Turun yliopisto, tutkijatohtori Hassan Ali Qureshi.

Tutkimuksessa havaittiin myös poikkeuksellinen ilmiö: kun laseria ajettiin voimakkaalla teholla, valo ei säteillyt vain viritetyn alueen keskeltä, vaan jakautui ulospäin renkaan kaltaiseksi kuvioksi. Ilmiö oli palautuva ja sitä voitiin hallita muuttamalla mikrokaviteetin optista rakennetta.

”Tämä oli meille erittäin kiinnostavaa, sillä pystyimme näkemään polaritonien välisten vuorovaikutusten seuraukset näkyvänä, makroskooppisena muutoksena niiden emittoimassa valossa. Säätämällä mikrokaviteettia voimme hallita tämän jakautumisen voimakkuutta. Tämä tarjoaa meille käytännöllisen keinon tutkia polaritonien epälineaarista käyttäytymistä”, sanoo Turun yliopisto, erikoistutkija Henri Lyyra (31.8.2026).

Energiatehokkuus ja saavutettavuus

Liuosprosessointi kuluttaa vähemmän energiaa ja toimii yksinkertaisemmalla laitteistolla kuin yleisesti käytetyt menetelmät. Tämä voi pitkällä aikavälillä tukea ympäristöystävällisten valaisimien, sensorien ja fotonisten laitteiden kehitystä. Demokratisoiko uusi tutkimus laserteknologian tutkimusta, joka on ollut pitkään sidottu suurten instituutioiden pääomavaltaisiin investointeihin?

Tutkimus avaa mahdollisuuden kehittää tulevaisuuden orgaanisia lasereita, joita voidaan ajaa sähköisesti – ja jotka voivat olla edullisempia sekä ekologisempia kuin nykyiset ratkaisut.

---