Fotoniikan tutkimus Suomessa

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Fotoniikka (Photonics Research and Innovation, PREIN) on yksi kuudesta vuonna 2018 valitusta osaamiskeskittymästä, joita rahoitetaan uudesta lippulaivaohjelmasta https://www.aka.fi/fi/tiedepoliittinen-toiminta/lippulaivaohjelma/ vuoden 2019 alusta alkaen. Lippulaivaohjelma tukee korkea tasoista tutkimusta ja siitä kumpuavaa laajaa vaikuttavuutta, jolla luodaan tulevaisuuden osaamista ja kestäviä ratkaisuja yhteiskunnan haasteisiin sekä edistetään taloudellista kasvua kehittämällä mm. uusia liiketoimintamahdollisuuksia. Photonics Finland on merkittävä yhteistyöpartneri erityisesti fotoniikan vaikuttavuuden vahvistamisessa.

Suomessa harjoitetaan fotoniikan tutkimusta useissa yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa.

Aalto-yliopisto koulutetaan huippuosaajia, joilla on vahvan teoreettisen osaamispohjan lisäksi kilpailukykyinen ja korkeatasoinen tekninen osaaminen monilla fotoniikan avainalueilla. Aallon tutkimusryhmät tarjoavat ainutlaatuisia mahdollisuuksia optiikan ja fotoniikan tutkimukseen lähtien optiikan perusperiaatteiden ymmärtämisestä aina fotoniikan sovelluksiin, joista merkittäviä ovat mm. ICT, terveysala ja energiasovellukset.  Nykyisiä perustutkimusaiheita ovat kvanttifotoniikka, nanofotoniikka, ultranopea fotoniikka, sensorit, plasmoniikka, metamateriaalit, kuituoptiikka, valaistusteknologia (LEDit ja laserit), termofotoniikka sekä aurinkosähkö. Aalto-yliopisto on partneri PREIN-lippulaivassa.

Helsingin yliopistossa fotoniikan tutkimusta tehdään lähinnä Fysikaalisen kemian laboratoriossa, jossa keskitytään laser- ja infrapunaspektroskopiaan painottuen erityisesti uusien laserspektroskopia-menetelmien kehittämiseen.

Ilmatieteen laitos kehittää fotoniikkaa hyödyntäviä ilmakehän ja sään havaintomenetelmiä ja –järjestelmiä.

Itä-Suomen yliopiston (UEF) fotoniikan tutkimus on koottu Fotoniikan Instituutin ja Photonics RC:n (Research Community) alle, joka on yksi UEF:n strategisista huippututkimuksista. Monitieteellistä fotoniikan tutkimusta harjoitetaan Fysiikan ja matematiikan laitoksella, Tietojenkäsittelytieteen laitoksella, Ympäristö- ja biotieteiden laitoksella, Kemian laitoksella ja Sovelletun fysiikan laitoksella. Fotoniikan tutkimus keskittyy mm. ultranopeaan koherenssi- ja polarisaatioteoriaan, nanofotoniikkaan, integroituun optiikkaan, biofotoniikkaan, spektriseen väritutkimukseen, optiseen materiaalitutkimukseen, moderneihin optiikan valmistusmenetelmiin ja optiseen kuvantamiseen. UEF:ssa on erinomaiset nanofotoniikan valmistus- ja karakterisointilaitteistot sekä maailmallakin ainutlaatuinen optiikan 3D-tulostin. Suomenkielisen koulutuksen lisäksi opetusta tarjotaan kansainvälisissä fotoniikan maisteri- ja tohtoriohjelmissa sekä kolmessa Erasmus Mundus -ohjelmassa. Diffraktiivisen optiikan ja aalto-optiikan teorian, sovellusten ja valmistuksen koulutus on maailmanhuippua luoden perustan merkittävällä alaa soveltavalle teollisuudelle Suomessa. UEF tarjoaa yrityksille ja startupeille vankkaa fotoniikan sovellusten ja kaupallistamisen osaamista. UEF on partneri valtakunnallisessa PREIN Lippulaivassa päävastuullaan taloudellinen ja yhteiskunnallinen vaikuttavuus.

• 

• 

• 

• 

Jyväskylän yliopistossa fotoniikan alueeseen luettava tutkimus kohdistuu aikaerotteisten lasermenetelmien hyödyntämiseen ja kehittämiseen (nanosekunneista femtosekunteihin) sekä optisen konfokaali- ja lähikenttämikroskopian hyödyntämiseen. Tutkimuskohteina ovat muun muassa hiilen nanorakenteet (hiilinanoputket ja grafeiini), kultananopartikkelit, valoherkät proteiinit, elektroninsiirto-prosessit väriherkistetyissä puolijohdenanopartikkelipinnotteissa, pintaplasmonit räätälöidyissä nanorakenteissa, solujen kulkeutumisilmiöiden kuvantaminen sekä pintojen materiaalijakautumien tutkimus (metallipinnoitteet ja malmit).

Lappeenrannan teknillisen yliopiston fysiikan laitoksen fotoniikan tutkimus painottuu optiseen mittaustekniikkaan, erityisesti epälineaariseen laserspektroskopiaan (lähinnä CARS ja SFG -spektroskopiat). Lisäksi fotoniikkaan liittyvää tutkimustoimintaa on konetekniikan laitoksella, jossa tutkitaan erilaisia laserhitsaus- ja lasertyöstömenetelmiä.

Oulun yliopiston optoelektroniikan ja mittaustekniikan laboratoriossa tutkitaan ja kehitetään voimakkaasti sirottavien materiaalien kuten paperin, sellun ja biologisten näytteiden mittausmenetelmiä keskeisinä teknologioina optinen koherenssitomografia, fotonimigraatio, fotoakustiikka ja suoraan optisesti luettavat biomittausmenetelmät. Muita menetelmiä ovat spektrofotometrinen näytteiden karakterisointi ja optisten pinsettien käyttö valon ja aineen vuorovaikutuksen tutkimuksessa. Laboratoriossa tehdään myös mallinnusta fotonien ja materiaalin vuorovaikutuksesta. Lisäksi laboratoriossa tutkitaan ja kehitetään orgaanisia valoa emittoivia komponentteja, kuten ledejä ja transistoreita (OLED ja OLET) sekä aurinkokennoja.

Oulun yliopiston mittaustekniikan tutkimusyksikkö MITYssä (Kajaani) tutkitaan ja kehitetään optisia mittausmenetelmiä erityisesti biotalouden, kaivosteollisuuden, prosessiteollisuuden, ympäristömonitoroinnin ja liikuntateknologian tarpeisiin. Keskeisiä teknologioita ovat heijastusmittausmenetelmät, pintaplasmoniresonanssimenetelmä (SPR), monimuuttujamenetelmiin perustuvat UV-VIS-NIR spektroskopia ja kuvantavat mittausmenetelmät. Tutkimusyksikön toiminta on vahvasti suuntautunut viime vuosina ei-optisten mittausmenetelmien kehittämiseen (sähkökemialliset sensorit ja biosensorit), mutta optisten mittausmenetelmien kehitys tulee jatkossakin olemaan osa tutkimusyksikön toimintaa.

Tampereen yliopisto (TAU) on yksi maailman johtavista fotoniikan tutkimuskeskittymistä, jonka seurauksena valoon perustuvat teknologiat on valittu yhdeksi yliopiston strategiseksi painopistealueeksi. TAU kehittää uusia valonlähteitä ja menetelmiä valon ominaisuuksien hyödyntämiseen ja tarkkaan hallintaan. Yhdessä uusien valoherkkien materiaalien kanssa se johtaa uudenlaisten ratkaisujen kehittämiseen monilla sovellusaloilla tähdäten tieteellisiin ja teknologisiin läpimurtoihin. TAU:n Fotoniikan tutkimusaiheisiin kuuluu mm. valoherätteiset toiminnallisuudet materiaaleissa, fotoniikan lasimateriaalit, aurinkokennot, molekyylisuihkuepitaksiaan perustuva puolijohdeteknologia, fotoniikan nanorakenteet ja niiden epälineaarisen optiikan sovellukset, puolijohde- ja kuitulaserit, lyhyiden valopulssien muodostaminen ja niiden etenemisdynamiikka, pintatiede ja optisen spektroskopian sovellukset, sekä uutena avauksena kokeellinen ja teoreettinen kvanttioptiikka. Tampereen yliopisto toimii koordinaattorina PREIN Lippulaivassa.

Turun yliopistossa fotoniikan tutkimusta on fysiikan ja tähtitieteen laitoksen kvanttioptiikan laboratoriossa. Atomaarisen kvanttioptiikan tutkimusryhmä tarkastelee teoreettisesti kylmien atomien manipulointia ulkoisilla laser- ja magneettikentillä. Erityisenä kohteena ovat atomiset Bosen-Einsteinin kondensaatit ja niillä tehtävä atomioptiikka. Laboratoriossa on myös käytössä polarisaatiokietoutuneiden fotoniparien lähde, jota käytetään paitsi kvanttimekaniikan perusteiden opetukseen myös erilaisten kvanttitomografiamenetelmien testaamiseen. Lisäksi fotoniikan tutkimusta harjoitetaan lääketieteellisen tiedekunnan biolääketieteen laitoksella, jossa kehitetään fluoresenssiperustaisia molekyylien tutkimusmenetelmiä.

VTT:llä fotoniikan tutkimusta harjoitetaan usealla paikkakunnalla yhteensä yli 100 hengen voimin. Espoon Micronovassa kehitetään piifotoniikkaa, fotoniikan integrointia siru- ja kiekkotasolla sekä optista MEMS teknologiaa. Oulussa kehitetään fotoniikan paketointia moduulitasolla, optisia mittausmenetelmiä (erityisesti vaativiin olosuhteisiin), konenäköä, optista instrumentointia, biofotoniikkaa, valaistusteknologiaa ja painettavaa optoelektroniikkaa. Tampereella kehitys painottuu plasmoniikkaan ja Kuopiossa optiseen instrumentointiin. Vuodesta 2015 alkaen myös MIKES Metrology on ollut osa VTT:tä. Siellä tutkitaan ja kehitetään optiikan suureisiin liittyviä mittanormaalien realisointimenetelmiä, optisten suureiden jäljitettävyyttä ja mittausten luotettavuutta sekä optiikkaan perustuvia mittausmenetelmiä. VTT on partneri PREIN Lippulaivassa.