Fotoniikka

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Fotoniikka eli fotonitiede tai valotiede on tieteen ja tekniikan ala, jossa käsitellään esimerkisi fotonien tuottamista, säteilyä, siirtoa, modulointia, signaaliprosessointia, kytkemistä ja vahvistamista. Aaltohiukkasdualismin mukaan sähkömagneettisella säteilyllä on sekä aaltoliikkeen että hiukkasten ominaisuuksia. Sähkömagneettinen säteily etenee valokvanteina eli fotoneina. Vastaavasti elektronit kuljettavat sähköä, ja tieteenalaa kutsutaan elektroniikaksi. Fotoniikka kattaa sähkömagneettisesta spektristä ultraviolettisäteilyn valon, eli silmälle näkyvän sähkömagneettisen spektrin osan, aina infrapunasäteilyyn.

Sanoja optiikka ja fotoniikka käytetään usein synonyymeinä, vaikkakin merkitys vaihtelee tapauskohtaisesti. Kreikan sana όptικά (optics) viittaa erityisesti näkemiseen ja siihen liittyviin instrumentteihin. Tarkkaanottaen optiikka on näin ollen näkötiedettä. Englannin sana photonics tulee puolestaan kreikan sanasta photon (fοtον), joka merkitsee valoa. Fotoniikka on näin ollen valotiedettä [1]. Toisen määritelmän mukaan [2] fotoniikka on yhteisnimitys optiikalle ja optoelektroniikalle.

Fotoniikan uusimpia tutkimusaloja ovat mikrofotoniikka, piifotoniikka, nanofotoniikka ja biofotoniikka.

Fotoniikan teollisuus on melko tuntematon käsite. Fotoniikka on kuitenkin yksi merkittävimmistä teknologioista, joka tekee muut sovellukset mahdollisiksi (”enabling technology”) [3]. Esimerkkeinä mainittakoon valokuitu,CD-soitin,viivakoodinlukija, laserleikkaus lääketieteessä ja teollisuudessa, hologrammi, optinen litografia mikropiirien valmistukseen, kamera, LED, näytöt (esim. OLED-näyttö), plasmapaneelinäyttö, nestekidenäyttö, DLP, sähköinen paperi, lääketieteellinen tähystys endoskoopeilla ja nielaistavilla kapseleilla sekä aurinkokenno. Esimerkiksi Time Magazine listasi 50 parasta keksintöä vuonna 2011, joista 12:ssa fotoniikka oli merkittävä osa. [4]. Fotoniikan merkitys on lisäksi kasvussa: se tulee osittain korvaamaan elektroniikkaa useissa teknologioissa, ja valon ja sähkön hyviä puolia tullaan yhdistämään [5]. Tätä vuosisataa kutsutaankin fotonin vuosisadaksi, kun edellinen vuosisata, 1900-luku, oli elektronin vuosisata [6].

Fotoniikan vaikutuksesta Suomelle tärkeisiin teemoihin (biotalous, cleantech ja ympäristö, digitalisaatio, hyvinvointi ja terveys, kiertotalous, tekoäly ja opetus) sekä muihin globaalisti tärkeisiin teemoihin (kamerateknologia, teollisuus 4.0, liikenne, matkailu, kaivosteollisuus, virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus, energia ja turvallisuus) on julkaistu Eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan tilaama raportti [7].

Fotoniikka Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suomessa voi suorittaa fotoniikan maisteritutkinnon [8] ja jatko-opintona tohtoritutkinnon [9] Itä-Suomen yliopistossa Joensuun kampuksella [10]. Tarjolla on myös kokonaan englanninkielinen kaksivuotinen maisterikoulutusohjelma suomalaisille ja ulkomaisille opiskelijoille. Fotoniikan yliopistotason opintoja voi suorittaa myös muissa Suomen yliopistoissa, kuten Oulun yliopistossa, jossa painopistealueena on elektroniikan vaativa soveltaminen fotoniikassa [11]ja kuvantava mittaustekniikka [12]; Tampereen yliopistossa, jossa painopistealueena on puolijohdekalvoihin liittyvä fotoniikka, kuten laserteknologia ja epälineaarinen optiikka [13] (Tampereen yliopistossa on myös tarjolla kokonaan englanninkielinen kaksivuotinen maisterikoulutusohjelma) sekä Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulussa [14] ja Sähkötekniikan korkeakoulussa [15], joissa painopistealueina ovat mikro- ja nanofotoniikka. Fotoniikan tutkimusta harjoitetaan yliopistojen ohella myös VTT:llä [16].

Fotoniikan tutkimus ja innovaatio (Photonics Research and Innovation, PREIN) [17] on yksi kuudesta Suomen Akatemian Lippulaivaohjelmaan [18] kuuluvasta osaamiskeskittymästä. Mukana ovat Tampereen yliopisto, Itä-Suomen yliopisto, Aalto-yliopisto ja VTT.

Suomeen on syntynyt fotoniikan pk-teollisuutta ja palvelujentarjoajia, mutta alan suurteollisuutta Suomessa ei ole yhdistämään [19]. Mikro- ja nanofotoniikkaan erikoistuneista yrityksistä mainittakoon Aalto-yliopistosta (Teknillisestä korkeakoulusta) lähtöisin oleva Heptagon [20] , joka on nykyään osa ams AG -konsernia, sekä Itä-Suomen yliopistosta (Joensuun yliopistosta) lähtöisin oleva Nanocomp [21]. Itä-Suomen yliopistoon Joensuun kampukselle on syksyllä 2012 perustettu Suomen ensimmäinen fotoniikan kaupallistamiseen keskittyvä professuuri, jota hoitamaan kutsuttiin Heptagonin perustaja Jyrki Saarinen Piilaaksosta [22].

Fotoniikan yritys- ja tutkimustoiminnan sekä koulutuksen etuja ajaa ja kehittää Photonics Finland -järjestö[23]. Suomessa sijaitsee myös Euroopan kansallisten optiikan ja fotoniikan akateemisten järjestöjen katto-organisaation European Optical Societyn[24] pääkonttori.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. valotiedettä, Nikolay Zheludev, the University of Southampton, UK: http://optics.org/article/32348
  2. Suomen Akatemia: http://www.aka.fi/fotoniikka
  3. ”Optics and Photonics: Essential Technologies for Our Nation”, the National Academies Press, Washington, D.C. (2012)
  4. Grossman, L., M. Thompson, J. Kluger, A. Park, B. Walsh, C. Suddath, E. Dodds, K. Webley, N. Rawlings, F. Sun, C. Brock-Abraham and N. Carbone. 2011. Top 50 Inventions. Time.
  5. ” FinnSight 2015 – Tieteen, teknologian ja yhteiskunnan näkymät”, Tekes ja Suomen Akatemia (2006).
  6. http://www.photonics21.org/download/FinalEditionPhotonics21VisionDocument_InternetVersion.pdf
  7. Fotoniikasta Valoa Suomen Hyvinvointiin - Selvitys alan vaikuttavuudesta ja kasvunäkymistä 5/2018. Eduskunnan tulevaisuusvaliokunta.
  8. Fotoniikan maisteriohjelma, http://www.uef.fi/masterphotonics
  9. Tohtorikoulun sivusto, http://www.uef.fi/doctorate-photonics
  10. UEF fotoniikka, http://www.uef.fi/fysmat/fotoniikka
  11. http://www.ee.oulu.fi/research/oemlab/index.html
  12. http://www.mila.oulu.fi/fotoniikka.htm
  13. http://www.innovatetampere.fi/teknologia/nanoteknologia/fotoniikka/
  14. http://physics.aalto.fi/groups/optics/, vain englanniksi
  15. http://nano.aalto.fi/fi/
  16. http://www.vtt.fi/research/technology/micro_and_nanophotonics.jsp?lang=en , vain englanniksi
  17. PREIN – Finnish Flagship on Photonics Research and Innovation prein.fi. Viitattu 22.3.2020.
  18. Lippulaivaohjelma - Suomen Akatemia www.aka.fi. Viitattu 22.3.2020.
  19. ” FinnSight 2015 – Tieteen, teknologian ja yhteiskunnan näkymät”, Tekes ja Suomen Akatemia (2006).
  20. http://www.hptg.com/
  21. http://www.nanocomp.fi/
  22. https://www.uef.fi/en/web/photonics/jyrki-saarinen
  23. Photonics Finland photonics.fi. Viitattu 22.3.2020. (englanniksi)
  24. The European Optical Society www.europeanoptics.org. Viitattu 22.3.2020.