Fotoniikka

Fotoniikka eli fotonitiede tai valotiede on tieteen ja tekniikan ala, jossa käsitellään esimerkiksi fotonien tuottamista, säteilyä, siirtoa, modulointia, signaaliprosessointia, kytkemistä ja vahvistamista. Aaltohiukkasdualismin mukaan sähkömagneettisella säteilyllä on sekä aaltoliikkeen että hiukkasten ominaisuuksia. Sähkömagneettinen säteily etenee valokvantteina 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. Tarkkaan ottaen optiikka on näin ollen näkötiedettä.  Englannin sana photonics tulee puolestaan kreikan sanasta photon (fοtον), joka merkitsee valoa. Fotoniikka on näin ollen valotiedettä . Toisen määritelmän mukaan  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”) . 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. . Fotoniikan merkitys on lisäksi kasvussa: se tulee osittain korvaamaan elektroniikkaa useissa teknologioissa, ja valon ja sähkön hyviä puolia tullaan yhdistämään . Tätä vuosisataa kutsutaankin fotonin vuosisadaksi, kun edellinen vuosisata, 1900-luku, oli elektronin vuosisata .  

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 .

Fotoniikka Suomessa 
Suomessa voi suorittaa fotoniikan maisteritutkinnon  ja jatko-opintona tohtoritutkinnon  Itä-Suomen yliopistossa Joensuun kampuksella . 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 ja kuvantava mittaustekniikka ; Tampereen yliopistossa, jossa painopistealueena on puolijohdekalvoihin liittyvä fotoniikka, kuten laserteknologia ja epälineaarinen optiikka  (Tampereen yliopistossa on myös tarjolla kokonaan englanninkielinen kaksivuotinen maisterikoulutusohjelma) sekä Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulussa  ja Sähkötekniikan korkeakoulussa , joissa painopistealueina ovat mikro- ja nanofotoniikka. Fotoniikan tutkimusta harjoitetaan yliopistojen ohella myös VTT:llä . 

Fotoniikan tutkimus ja innovaatio (Photonics Research and Innovation, PREIN)  on yksi kuudesta Suomen Akatemian Lippulaivaohjelmaan  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 .  Mikro- ja nanofotoniikkaan erikoistuneista yrityksistä mainittakoon Aalto-yliopistosta (Teknillisestä korkeakoulusta) lähtöisin oleva Heptagon  , joka on nykyään osa ams AG -konsernia, sekä Itä-Suomen yliopistosta (Joensuun yliopistosta) lähtöisin oleva Nanocomp . Itä-Suomen yliopistoon Joensuun kampukselle on syksyllä 2012 perustettu Suomen ensimmäinen fotoniikan kaupallistamiseen keskittyvä professuuri, jota hoitamaan kutsuttiin Heptagonin perustaja Jyrki Saarinen Piilaaksosta .

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

Lähteet

Aiheesta muualla 

Photonics infographics: Photonics 

Optiikka