Fotoniikalla käytetään kännyköitä, paperikoneita ja tuhotaan jopa panssarivaunuja

Fotoniikka rupesi vauhdilla muuttamaan elämäämme, kun ensimmäinen laser kehitettiin Yhdysvalloissa vuonna 1960. Pystymme tänään käyttämään nopeasti internettiä, koska valtavat tietomassat kulkevat nyt laserin avulla lasikuitua pitkin paikasta toiseen, eivät sähkönä kuparikaapelissa.

– Sähkö ei enää kykene tekemään sitä, mitä me tarvitsemme. Esimerkiksi tietoliikenne internetissä on niin valtavaa, että sähköisesti sitä ei voida enää siirtää, se olisi liian kallista tai se veisi liikaa energiaa. Valolla on joukko ominaisuuksia, joita periaatteessa niin millään muulla ei ole. Esimerkiksi valonnopeutta ei mikään pysty ylittämään. Voimme myös laittaa monia fotoneja tai monta valon aallonpituutta samaan optiseen kuituun sisään ja erottaa ne toisessa päässä ilman että ovat vaikuttaneet toisiinsa, kertoo professori Jyrki Saarinen Itä-Suomen yliopistosta.

Laserin avulla voidaan yhteen pisteeseen kohdistaa myös niin paljon energiaa, että auringon energiakin voi jäädä toiseksi. Tämä mahdollistaa laserin käytön vaikkapa metallilevyjen leikkaamisessa.

Valtavasti sovelluskohteita

Fotoniikalla on jo nykyään valtavasti sovelluskohteita, joita emme aina tunnista sellaisiksi. Lähin niistä on jokaisella taskussa: Yli puolet kännykän hinnasta tulee jo valon käsittelystä, kun lasketaan näytön, kameroiden ja valoon perustuvan tiedonkäsittelyn osuus laitteen hinnasta. Toiseksi lähin kohde on päämme päällä LED-valoissa.

Tietojenkäsittelyssä kehitys jatkuu nopeana. Nyt yritetään rakentaa jo kokonaisia transistoreita, jotka toimisivat vain valon avulla. Tekoäly tarvitsemaa dataa kerätään myös kameroilla nopeasti ja edullisesti.

– Pystymme ottamaan hyperspektrikameralla kuvan, vaikka hedelmästä ja tietokone laskee siitä heti, mikä on hedelmän kypsyysaste, sokeripitoisuus ja vesipitoisuus, Saarinen selittää.

Sovellukset kameroille ovat lukemattomat, koska samanaikaisesti laitteet voivat mitata valolla etäisyyksiä, ottaa stereokuvia, seurata infrapuna- ja ultraviolettisäteilyä ja ne toimivat myös pimeässä. Kamerat mittaavat niin hiilidioksidipäästöjä kuin vaikka autoa ympäröivää liikennettä ja pimeässä metsässä vaeltavia hirviä.

Suomalainen fotoniikkateollisuus tarvitsee osaajia

Suomessa monessa yrityksessä on maailman huipulle yltävää fotoniikan osaamista. Suomi on vahva esimerkiksi kooltaan kännykkään sopivissa kameroissa ja fotoniikan laitteissa, joiden koko alle yksi millimetri. Sama koskee hyperspektrikameroita, jotka mittaavat useaa sataa aallonpituutta ja tarjoavat siksi valtavasti tietoa teollisuudelle.

Samalla kun fotoniikka kehittyy, tarvitaan myös lisää osaajia. Suomessa tuhansia asiantuntijoita työskentelee fotoniikkateollisuudessa ja kymmeniä tuhansia asiantuntijoita töissä, jotka hyödyntävät fotoniikkaa.

Fotoniikkaa voi opiskella Suomessa pääaineena Itä-Suomen sekä Tampereen yliopistossa. Erilaajuisia opiskelumahdollisuuksia on myös Aalto-, LUT-, Oulun, Turun, Jyväskylän ja Helsingin yliopistossa.

Puolustuksen ja turvallisuuden palveluksessa

Suomalaisen fotoniikan tutkimuksen ydinlaitokset tekevät tutkimusyhteistyötä Suomen Akatemian rahoittamassa PREIN-lippulaivahankkeessa. Tänä kesänä PREIN esittelee vuosittaisilla Optiikan ja Fotoniikan päivillä (OPD) sekä erikoistapahtumassaan Suomi Areenalla fotoniikan käyttöä maanpuolustuksessa ja turvallisuusalalla.

Siinä missä esimerkiksi Australia kehittää parhaillaan panssarivaunun torjuntaan kykenevää laseria, suomalaisyritysten ratkaisut alalla ovat olleet pienimuotoisempia. Suomessa valmistetaan jo nyt esimerkiksi laadukkaita pimeänäkökiikareita ja tulenjohdon tarvitsemia etäisyysmittareita. Fotoniikalla on silti paljon enemmän annettavaa Suomenkin turvallisuudelle.

– Puolustaminen ja turvallisuus aika paljon sitä, että tiedetään, mitä ympäristössä tapahtuu. Tietoa kerätään kameroilla ja muilla vastaavilla sensoreilla. Kameroita voi olla droneissa tai vaikkapa poliisin haalarissa. Paitsi että ne näkevät pimeässä, infrapunakamerat paljastavat sotilaat pimeässä, sanoo Saarinen.

Lisää mahdollisuuksia suomalaisen fotoniikkateollisuuden kehittymiselle antaa nyt myös Suomen Nato-jäsenyys. Suomalaiset pääsevät nyt osallistumaan uusiin kansainvälisiin puolustustarviketeollisuuden hankkeisiin.