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 ^[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].

1. ↑ valotiedettä, Nikolay Zheludev, the University of Southampton, UK: http://optics.org/article/32348
2. ↑ Suomen Akatemia: http://www.aka.fi/fotoniikka (Arkistoitu – Internet Archive)
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 (Arkistoitu – Internet Archive)
7. ↑ Fotoniikasta Valoa Suomen Hyvinvointiin - Selvitys alan vaikuttavuudesta ja kasvunäkymistä 5/2018. Eduskunnan tulevaisuusvaliokunta.