Etikettarkiv: Laser

Siktar på ultravioletta lasrar i samhällets tjänst

Johannes Enslin (tekniska universitetet i Berlin), och Chalmers-gruppen bestående av Michael Bergmann, Åsa Haglund och Filip Hjort.
Johannes Enslin (tekniska universitetet i Berlin), och Chalmers-gruppen bestående av Michael Bergmann, Åsa Haglund och Filip Hjort.

Samhällsnyttiga UV-lasrar och UV-lysdioder, det är målet för professor Åsa Haglund och hennes forskargrupp på Chalmers.
– Vi har utvecklat en unik membranmetod som förhoppningsvis kommer att ta oss hela vägen.

Åsa Haglund och hennes forskning på ultravioletta ljuskällor har under de senaste sex åren finansierats av Stiftelsen för Strategisk Forskning och Vetenskapsrådet. Siktet har hela tiden varit inställt på att ta fram nya UV-lasrar och bättre UV-lysdioder.
– Vanliga vita LED-lampor består av blå lysdioder som har en effektverkningsgrad på 80 procent. Ultravioletta lysdioder har i bästa fall en effektverkningsgrad på cirka tio procent, det stora problemet är att få ut ljuset och det är här som vår forskning kommer in i bilden, berättar Åsa Haglund.
Att de blå lysdioderna är så effektiva hör samman med att det tjocka substrat som behövs som underlag för att växa LED-strukturen kan avlägsnas så att ljuset kan komma ut på ett bra sätt.
– Tyvärr går det inte använda samma teknik för detta för UV-lysdioder. Men vi har nu tagit fram en alternativ teknik, baserad på selektiv etsning, som gör det möjligt att ta bort substratet ifrån UV-lysdioder.

Lasrar och lysdioder
Samma teknik kan användas för att bygga UV-lasrar där man då ersätter substratet med en högreflektiv spegel. Gruppen har nu både lyckats frigöra UV-lysdioden från substratet och visat att det går att göra UV-lasrar.
– Vi ska nu försöka att slå vårt eget världsrekord med att åstadkomma vertikal-kavitets-lasrar med ännu kortare våglängder än de 310 nanometer vi precis har uppnått. Målet är att komma ner till våglängder på 260-270 nanometer, även kallat UVC, som är mycket användbart för sterilisering av virus och bakterier på till exempel sjukhus eller vattenreningsanläggningar.
SSF-projektet som nyligen avslutats har mynnat ut i ett prestigefyllt konsolideringsbidrag från det Europeiska forskningsrådet.
– Vi har fått 20 miljoner kronor för att utveckla en elektriskt driven vertikal-kavitets-laser med ultraviolett emission. Det är en fantastisk möjlighet och stor utmaning som vi antar. Tack vare vårt nära samarbete med det tekniska universitetet i Berlin har vi goda chanser att lyckas. Det krävs expertis från många olika områden för att nå det slutgiltiga målet, fastslår Åsa Haglund.

Chalmers – UV-lasrar

Åsa Haglunds forskning handlar om att utveckla mikrokavitetsljuskällor som emitterar i det ultravioletta-blå-gröna våglängdsområdet, vilket möjliggör nya innovativa lösningar inom bland annat virusbekämpning, medicinsk diagnos och behandling, och belysning. Hon fick nyligen två miljoner Euro i anslag från ERC för att bedriva sin spetsforskning inom projektet UV-LASE: Out of the blue: membrane-based microcavity lasers from the blue to the ultraviolet wave-length regime.

Chalmers tekniska högskola
412 96 Göteborg
Tel: 031-772 10 00
www.chalmers.se

KTH utvecklar 3D printning av glas

Michael Fokine, universitetslektor inom laserfysik, Fredrik Laurell, avdelningschef på laserfysikavdelningen och Ursula Gibson, affilierad professor inom optiska material på KTH. Foto: Johan Marklund
Michael Fokine, universitetslektor inom laserfysik, Fredrik Laurell, avdelningschef på laserfysikavdelningen och Ursula Gibson, affilierad professor inom optiska material på KTH. Foto: Johan Marklund

Inom det femåriga SSF-finansierade projektet Laserbaserade 3D-printning och processning utvecklar laserfysikforskare på KTH nya egenskaper hos optiska material, inklusive nya strukturer i glas, optiska fibrer samt metoder för att bearbeta dem.

Mer precist handlar forskningen om att utveckla laserbaserade tillverkningsmetoder för glas och glaskompositer. De möjliga tillämpningsområdena för de nya materialen är många, men inkluderar bland andra tillverkning av integrerad fotonik, 3D-skrivare för biokompatibelt glas, optiska sensorer och system för medicinska diagnoser.
– Vi har lärt oss mycket om hur man kan forma och ändra sammansättningen i fiber av olika material, både vad gäller hybridmaterial och hybridstrukturer av glas. Hittills har vi framförallt utvecklat system och instrument, som vi nu kan använda för att göra speciella strukturer såsom solceller och avancerade fibrer. Det rör sig om en helt ny generation av fibrer samt laserformning av glas, säger Michael Fokine, universitetslektor inom laserfysik på KTH.

Integrerar halvledare i glasfibrer
Projektet har olika inriktningar som överlappar varandra och skapar synergieffekter, till exempel genom att integrera halvledare i glasfibrer. Inledningsvis arbetade gruppen främst med kisel, men nu används även germanium.
– Med våra nya fibrer med kärnor av halvledare kan vi exempelvis leda ljus med längre våglängder, vilket inom medicinen ger möjlighet till helt nya terapier och diagnosmetoder. De fibrer som kan användas för långvågig IR-transmission idag görs med giftiga material, men med våra fibrer kan det göras både ofarligt och billigt med kisel. I kiselfibrer kan man dessutom integrera elektronik med optiken, vilket är helt unikt, berättar Ursula Gibson, affilierad professor inom optiska material.

Uppnår nya strukturer
Förhoppningen är att etablera en miljö-vänlig, laserbaserad tillverkningsplattform i Sverige. Det är förvisso ett KTH-projekt, men gruppen har flera internationella samarbeten, i synnerhet när det gäller halvledarfibrer med Clemson University i South Carolina.
– Glas är ett komplext material, inte minst eftersom det kräver mycket höga temperaturer och har en utmanande viskositet. Vi arbetar i huvudsak med två olika printtekniker och olika former av materialet: pulver, vätska och fast form. Syftet är att göra glas mer flexibelt och uppnå nya strukturer samt att kombinera olika material. Det är något helt nytt, med enorma tillämpningsmöjligheter, avslutar Fredrik Laurell, avdelningschef på laserfysikavdelningen.

KTH – 3D-laserskrivare
Inom det SSF-finansierade projektet utvecklar laserfysikgruppen bl.a. en ny 3D-skrivare för glas. Möjliga tillämpningsområden inkluderar tillverkning av integrerad fotonik, optiska sensorer eller system för medicinsk diagnos, s.k. lab-on-a-chip-teknik. Målet med projektet är att etablera en miljövänlig, laserbaserad tillverkningsplattform för glas i Sverige för tillämpningar inom områden som medicin och energi.

E-post: fl@laserphysics.kth.se, mf@laserphysics.kth.se
Tel: 070-166 74 48, 070-166 74 76
www.aphys.kth.se/groups/laserphysics


Nyttig forskning prisas

Carlota Canalias, professor i tillämpad fysik vid KTH. Foto: Johan Marklund
Carlota Canalias, professor i tillämpad fysik vid KTH. Foto: Johan Marklund
För andra gången delar SSF ut sitt Nyttiggörandepris. En av pristagarna i år är Carlota Canalias, KTH, som prisas för sitt arbete med frekvensomvandlare för lasrar, något som har omedelbar tillämpning inom en rad områden, exempelvis kvantinformationsteknik.

Carlota Canalias, professor i tillämpad fysik vid KTH, arbetar med att strukturera icke-linjära kristaller för olika optiska tillämpningar, framför allt inom laserteknik. Användningsområdena är många, inom bland annat bioteknik, försvarsteknik, materialprocessning, miljömätning, rymdteknik och kvantinformationsteknik.
– Icke-linjär optik behövs för att lyfta lasrar till nästa nivå och göra det möjligt att använda dem för fler ändamål. Kristaller är ett bra verktyg för att ändra frekvensen eller spektrumet på laser. Vad vi gör är att ändra kristallernas egenskaper i nanoskala. Detta är en kombination av grundforskning i materialvetenskap och tillämpad forskning, där grundforskningen verkligen har kunnat få ett konkret och relevant användningsområde, berättar Carlota Canalias.

Startade företag
Tack vare ett tidigare bidrag som Carlota Canalias forskargrupp fick av SSF, där en betydande del av pengarna var öronmärkta för nyttiggörande, kunde de starta företaget Tailored Photons, som är ett spin-off-företag från KTH:s laserfysikgrupp. Där har de arbetat med att skala upp tekniken för att kommersialisera den. Nu producerar och säljer Tailored Photons energi- och kostnadseffektiva frekvenskonverteringsenheter, som skräddarsys beroende på tillämpningsområde.

Överbrygga avstånd
Ambitionen är att Tailored Photons på sikt ska växa och bli ett lönsamt high-techföretag, som bidrar till Sveriges internationella konkurrenskraft. Carlota Canalias framhåller vikten av att avståndet mellan grundforskning och den tillämpade forskningen överbryggas, så att grundforskningen kan omvandlas i in­novationer som skapar nytta.
– Grundforskningen är en förutsättning för nyttiggörande, och det som är grundforskning idag är tillämpad forskning och innovativa produkter imorgon, säger hon.
De två andra mottagarna av SSF:s Nyttiggörandepris är Maria Strømme, som prisas för sitt arbete med pappersbaserade batterier samt Håkan Engqvist som belönas för ett nytt koncept för benhäftande material för vävnad. Båda är verksamma vid Uppsala universitet.

Ny laserteknik öppnar en helt ny värld av möjligheter

Åsa Haglund, docent på avdelningen för fotonik vid Chalmers. Foto: Patrik Bergenstav
Åsa Haglund, docent på avdelningen för fotonik vid Chalmers. Foto: Patrik Bergenstav

Åsa Haglund och hennes forskargrupp vid Chalmers arbetar med att ta fram en ny ytemitterande laser som ska ge blått ljus. Tekniken är efterlängtad eftersom en blå laser banar väg för nya användningar inom en rad olika områden.

Ända sedan den infraröda ytemitterande lasern gjorde sitt kommersiella intåg på 1990-talet har forskare försökt utveckla en blå laser. Problemet har varit att de försök som gjorts med lasertypen, kallad vertikalkavitetslaser, VCSEL, visat stora energiförluster och inte fungerat i kontinuerlig drift. Att man inte bara har gett upp beror på att en blå laser ger en rad fördelar.
– En blå laser skulle till exempel kunna ersätta LED-lampan, öka laserprintrars utskriftskvalitet samt öppna upp helt nya möjligheter inom sjukvården. Forskning pågår bland annat kring flourescens-baserad cancerdiagnostik. Idag används dyra och effektförbrukande lasrar för att demonstrera koncept, men om detta ska ut i patientledet krävs mindre och billigare lasrar. Och det är här vår forskning kommer in i bilden, säger Åsa Haglund, docent på avdelningen för fotonik vid Chalmers.
I ett SSF-finansierat projekt fokuserar gruppen på belysningstillämpningar, där tanken är att ersätta LED-lampan med blå laser, som jämfört med en lysdiod kan skicka ut mycket mer ljus från en liten yta.
– Vi får alltså mindre materialåtgång och förhoppningsvis en billigare lösning.

Genombrott
För en kort tid sedan kom genombrottet som alla väntat på: forskargruppen hittade orsaken till varför blå lasrar inte fungerar tillfredsställande.
– Vi upptäckte att det sätt som används för att styra ströminjektionen ger stora förluster för ljuset. Vi har därför föreslagit ett annat sätt att styra strömmen och därmed har nu rekordhöga uteffekter uppnåtts. Nästa steg blir att få till hög energieffektivitet och lång livslängd.
Forskargruppen jobbar även med att ta fram ultravioletta lasrar.
– Här har vi börjat från noll, men kommit så långt att vi har utvecklat en teknik med vilken man kan lyfta av det tunna lasermaterialet ifrån kristallen det är växt på. Man kan därmed lägga en högkvalitativ spegel på botten av lasern. Denna teknik gör det också möjligt att återanvända den dyrbara kristallen som lasermaterialet är växt på istället för att slipa bort den. Det tunna lasermaterialet kan vi placera på vilket material vi vill, vilket öppnar en helt ny värld av möjligheter. På tio års sikt hoppas jag att vi lyckats skapa UV-lasrar med bra prestanda, och att tekniken som möjliggör de tunna skikten har skapat intresse utanför själva laservärlden och bidragit till många fler tillämpningar än de vi jobbar med.

Chalmers – Fotonik: blå laser
Forskningen finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning, Energimyndigheten och Vetenskapsrådet, och handlar om att utveckla mikrokavitetsljuskällor som emitterar i det ultraviolettablågröna våglängdsområdet, vilket möjliggör nya innovativa lösningar inom bland annat biomedicin.

Chalmers tekniska högskola
412 96 Göteborg
Tel: 031-772 10 00
www.chalmers.se