"Mullistaako laseri muutakin kuin konepajat", lehtemme pohti vuonna 1989. "Sen näemme ensi vuosituhannella". Nyt havaitsemme, että kyllä mullisti.

Nykykotien yleisimpiä lasersovelluksia ovat cd- ja dvd-levyjen luku- ja kirjoituslaitteet.

Levyjen tallennuskapasiteettia saadaan huomattavasti nostetuksi siirtymällä kohti lyhyempää aallonpituutta eli infrapunaisesta punaiseen ja sitten siniseen laseriin. Onkin tulossa sinistä, 405 nanometrin lasersädettä käyttävä levy, jolla on kaksi kilpailevaa standardia ja siten kaksi nimeä: Blu-ray ja hd-dvd.

Nykyisen cd-levyn tallennuskapasiteetti jää alle yhden gigatavun ja dvd-levyn alle viiden. Sinisen laserin myötä myötä yksikerroksisen levyn tallennuskapasiteetti nousee 25 gigatavuun ja kaksikerroksisen 50:een. Valmistajien mukaan pian saadaan jopa sadan gigatavun levyjä.

Isomman kapasiteetin ensimmäinen ja näkyvin etu on hyvä kuva. Luvassa on ennennäkemättömän luonnonmukaisia valokuvia ja filmejä.

Sinisen laserin ja uusien levyjen kehitystä on merkittävästi edistänyt muun muassa japanilainen insinööri ja keksijä Shuji Nakamura. Julkisuudessa hänet kuitenkin tunnetaan parhaiten sinisestä ledistä, josta hän sai Millennium-palkinnonkin viime vuonna (Palkitut ledit syntyivät sisulla ja tuurilla, Tiede 6/2006, s. 16-23).

Lasertelevisiossa mikropeilit

Laser sopii myös kuvan näyttämiseen. Viime syksynä yhdysvaltalainen Novalux esitteli televisiota varten laserprojektorin, jonka laser lähettää säteen mikroskooppisiin peileihin kuvaruudun taakse.

Tässä tekniikassa jokaista kuvapistettä eli pikseliä vastaa yksi mikropeili. Kun mikromekaniikka kääntelee peilejä, valopisteet "syttyvät" ja "sammuvat". Mikropeilit sinänsä keksittiin jo kaksikymmentä vuotta sitten, mutta sovellus on uusi.

Novaluxin mukaan laserkuva toistaa 90 prosenttia värisävyistä, jotka ihmisen silmä pystyy näkemään. Tavallinen televisio näyttää 30-35 prosenttia.

Laserkuvaa kännykästä

Lasertelevisiotakin villimpi keksintö on laserprojektori kannettavissa laitteissa.

Mikä on laser?

Sana laser tulee englannin kielen sanoista Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation.

Laservalo syntyy laseroivassa aineessa, joka on sijoitettu kahden peilin väliin.

Toinen peileistä on puoliläpäisevä. Kun laseroivaan aineeseen pumpataan energiaa esimerkiksi valopulsseilla, fotonit kimpoilevat peilien välillä ja puoliläpäisevän peilin läpi virtaa neulanterävä lasersäde.
Terävyyden ansiosta valon energia voidaan keskittää tehokkaasti.

Laseroiva aine lähettää yksiväristä eli monokromaattista valoa. Lasersäde on myös koherentti, eli valoaallot etenevät samassa vaiheessa: pohja pohjaa ja harja harjaa vasten.

Laserkäsitteitä
- Blu-Ray ja hd-dvd ovat sinistä laseria käyttävän tallennuslevyn standardeja.
- Hvd eli Holographic Versatile Disc on holografiaan perustuva tallennusväline.
- Fotoniikka on fotonien hallintaa.
- Optoelektroniikka on optiikan ja elektroniikan raja-alue.
- Mbe eli Molecule Beam Epitaxy eli molekyylisuihkuepitaksia on tekniikka ohuiden materiaalikerrosten rakentamiseksi tyhjiössä.
- Lidar eli Light Detection and Ranging tarkoittaa optista tutkaa.

Yhdysvaltalainen Microvision lupaa tuoda ehkä jo ensi vuonna markkinoille kännykän laserprojektorin. Laite koostuu punaisesta, sinisestä ja vihreästä puolijohdelaserista sekä yhden millimetrin levyisestä peilistä, joka kääntyy kahden akselin ympäri. Kun kaikki laserit toimivat täydellä teholla, peili heijastaa valkokankaalle valkoista valoa. Kun kaikki ovat sammuksissa, näkyy mustaa. Erilaisia värejä saadaan yhdistelemällä valonvoimakkuuksia sopivasti.

Tamperelainen EpiCrystals, joka on kehittänyt lasereita projektoreita varten, ennakoi kehitystä hieman varovaisemmin.

- Puhelimiin laserprojektoreita tulee parin-kolmen vuoden päästä, sanoo yhtiön toimitusjohtaja, tekniikan tohtori Tomi Jouhti.

- Me pystymme toimittamaan laitevalmistajille lasereita testikäyttöön jo tänä vuonna, mutta koko projektorin kehittäminen vie enemmän aikaa. Eräs laitevalmistaja, LG, on arvioinut, että vuonna 2010 kaksi tai kolme prosenttia uusista kännyköistä sisältää projektorin.

Kännykällä pystytään silloin heijastamaan 30-40 tuuman värikuva.

Ennen kännykkää laser yleistyy niin sanotuissa suurtehoprojektoreissa, joita käytetään esimerkiksi kotiteattereissa. Tulee myös taskuprojektoreita, jotka voi liittää kannettavaan tietokoneeseen.

Kuvakohinaa vähennettävä

Laitteiden pitää vielä pienentyä ja halventua. Lisäksi kuvan laatua on parannettava.

EpiCrystals onkin patentoinut ratkaisuja, jolla vähennetään kuvakohinaa (englanniksi speckle). Kuvaan tuodaan jo valolähteessä hieman "epäkoherenssia". Täysin koherentti laservalo nimittäin heijastuu peilin tai muun pinnan pienimmistäkin epätasaisuuksista, mikä aiheuttaa suttuisen ja rakeisen näköisiä interferenssikuvioita.

Nimi EpiCrystals tulee molekyylisuihkuepitaksiasta eli mbe:stä, jonka avulla pohjamateriaalin pinnalle kasvatetaan atominohuita kerroksia.

Yhtiö on saanut alkunsa Tampereen teknillisestä yliopistosta, missä optoelektroniikan tutkijat ovat kasvattaneet puolijohdevalolähteitä 1980-luvun alusta asti. Vuonna 1997 professori Markus Pessa kuvasi tutkimusta otsikolla Laserdiodien valtakausi alkamassa (Tiede 2000 5/97, s. 28-32). Nyt voimme puhua jo hieman toisessa aikamuodossa: laserin aikakausi on alkanut.

Kalevi Rantanen on teknistä luovuutta tutkiva diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 3/2007.

Lisää laseruutuuksia

- Hammaslääkäri poraa kivuttomalla laserporalla jo joillakin hammaslääkäriasemilla.
- Plastiikkakirurgit oikovat laserilla ryppyjä.
- Metsän laserkeilauksessa lidar eli optinen tutka kuvaa laserilla puuston lentokoneesta ja rakentaa kolmiulotteisen kuvan. Kaupungistunutkin metsänomistaja näkee, mitä palstalla kasvaa.
- Autossa sama lidar eli lasersäteellä toimiva optinen tutka varoittaa törmäysvaarasta.
- Poliisi saattaa tunnistaa kaaharin lidarilla.
- Holografialevyä eli hvd:tä, joka tallentaa yli 150 kertaa niin paljon dataa kuin yksipuolinen Blu-ray-levy, 800 niin paljon kuin dvd-levy ja 6 000 kertaa niin paljon kuin cd-levy, kehitetään laboratorioissa.
- Silmälaseihin kiinnitettävää mikrolaserprojektoria on ilmoittanut kehittävänsä ainakin konttorikonevalmistaja Brother.