Fotoniikka

A row of smart phones displayed in a stand in a store

Fotoniikka valjastaa valon voiman. VTT:n fotoniikkatutkimus ratkaisee maailmanlaajuisia teollisuuden haasteita, jotka ulottuvat ilmastonmuutoksesta ja kohtuuhintaisesta terveydenhuollosta kuluttajaelektroniikkaan ja autonomisiin ajoneuvoihin.

Lyhyesti

Sovelluksemme kattavat laajan aallonpituusalueen ultraviolettialueelta (UV) keski-infrapuna-alueelle (MIR) saakka.

Teknologiavalikoimaamme kuuluvat piipohjaiset komponentit, laajan pinta-alan painetut laitteet ja integroidut järjestelmät.

VTT:n piifotoniikkaa hyödyntävät integroidut piirit ovat tiheydeltään ja suoritusteholtaan maailman kärkiluokkaa.

Fotoniikka on yksi keskeisistä mahdollistavista teknologioista, jonka sovelluskohteita voi löytää käytännössä modernin yhteiskunnan jokaiselta osa-alueelta. Valokuituverkko ulottuu ympäri maailman ja on internetin ja muiden digitaalisten palvelujen perustana, langattomat viestintäverkot ja esineiden ja esineiden internet (IoT) mukaan lukien. Jokapäiväiset valaistusratkaisut sekä puhelimissa ja muissa digitaalisissa laitteissa käytetyt näytöt ovat yleisiä fotoniikan sovelluksia. 

Fotoniikan sovelluksia ovat esimerkiksi jokapäiväiset valaistusratkaisut sekä puhelimissa ja muissa digitaalisissa laitteissa käytetyt näytöt.

Suomen fotoniikkateollisuuden arvo on yli miljardi euroa ja se työllistää yli 4000 henkilöä. Vastaavasti koko maailman fotoniikkamarkkinoiden arvo vuonna 2018 oli yli 500 miljardia euroa, ja markkinoiden odotetaan kasvavan noin 7 % vuodessa. 

Piipohjaiset fotoniikkateknologiat

Piifotoniikka on uusi elektroniikka, johon perustuvat integroidut optiset piirit (PIC-piirit) ovat fotoniikkateknologian tuottama vastine mikropiireille. PIC-piirit voivat sisältää yhdelle piisirulle sijoitettuna satoja optisia komponentteja, kuten lasereita, aallonpituussuotimia ja valonilmaisimia.

VTT kehittää PIC-piirejä ja siruja, jotka mahdollistavat uusia komponentteja ja järjestelmiä tietoliikenteen, terveydenhuollon, autonomisten ajoneuvojen ja avaruusteknologian sovelluksiin. VTT:n PIC-piirien pakkaustiheys on huippuluokkaa patentoidun rakenteen ansiosta. Alan osaamisemme ulottuu suunnittelusta, prototyyppien kehittämisestä ja integroinnista pilottivalmistukseen.

Pienille piisiruille voidaan valmistaa myös useita muita fotoniikkakomponentteja käyttämällä mikroelektroniikan ja mikrosähkömekaniikan (MEMS) piirissä yleisiä piikiekkojen käsittelymenetelmiä. VTT:n Micronovan puhdastilassa tehtävässä tutkimus- ja kehitystoiminnassa keskitytään fotoniikkakomponenttien kehittämiseen. Optisia MEMS-peilejä kehitetään LiDAR-laitteisiin, joita käytetään autonomisissa ajoneuvoissa, droneissa ja roboteissa. Mikrospektrometreja, jotka hyödyntävät tarkasti säädettäviä peilejä sisältäviä Fabry-Perot-interferometreja (FPI), käytetään erilaisissa kuvantamis- ja tunnistussovelluksissa. VTT:n palkittua ja patentoitua FPI-teknologiaa käytetään useissa kaupallisissa tuotteissa, kuten Vaisalan kaasuantureissa, Revenion ihosyövän tunnistuslaitteessa, Rikolan kaukokartoituskameroissa ja InnoPharmalabsin lääketeollisuuteen tarkoitetuissa hyperspektrikameroissa.

Spectral Engines, yksi VTT:n spin-off-yrityksistä, on tuonut FPI-teknologiaan perustuvia antureita teollisuuden, maatalouden ja kuluttajamarkkinoiden käyttöön.

Laajan pinta-alan fotoniikkateknologiat

Laajan pinta-alan rullalta-rullalle-tekniikalla muovikalvolle tuotettavat fotoniikkajärjestelmät mahdollistavat useita uusia sovelluskohteita ja liiketoimintamahdollisuuksia. Menetelmän edut jakautuvat kahteen ryhmään. Tietyillä sovellusaloilla tuotantomääriä ei lasketa laitteiden määrinä, vaan sillä, kuinka suuri alue fotoniikkakomponenteilla voidaan kattaa. Toisaalta fotoniikkateknologiaan perustuvat älykkäät järjestelmät, esimerkiksi henkilökohtaiseen diagnostiikkaan ja hyvinvointiin liittyvät tuotteet, voivat olla myös kestävällä tavalla kertakäyttöisiä. Näissä sovelluksissa luottokortin kokoisia tuotteita on valmistettava erittäin suuria määriä, jotta kustannukset voidaan pitää kohtuullisina.

VTT on kehittänyt menetelmiä, joilla voidaan painamalla tuottaa sekä aktiivisia että passiivisia fotoniikkakomponentteja. Komponentteja käytetään valoenergian keräämiseen (aurinkokennot), valoa tuottaviin sovelluksiin (valaistus ja näytöt) sekä tunnistussovelluksiin. Laaja tarjontamme kattaa yhteensopivan komponenttitason tuotannon sekä älykkäiden järjestelmien integroinnin joustaville muovikalvoille rullalta-rullalle-tekniikalla toteutettuna. PrintoCent-laitoksemme tarjoaa yrityksille mahdollisuuden ketterään liiketoiminnan kehittämiseen sekä pilottitason valmistusresursseja tulostettujen ja hybridi-integroitujen fotoniikkajärjestelmien käyttöönottoa varten.

Instrumentit ja järjestelmät

Fotonisia ja optisia instrumentteja sekä konenäköjärjestelmiä käytetään keskisuurissa ja suurissa teollisuuslaitoksissa. VTT on kehittänyt kymmeniä instrumentteja kaupalliseen käyttöön kaikkein vaativimmissa prosessiympäristöissä, esimerkiksi kemiallisen koostumuksen analysointiin sekä materiaalin paksuuden ja pinnan tasaisuuden analysointiin. 

Hallitsemme koko optisten instrumenttien tuotekehitysprosessin: mittausperiaatteiden määrittelyn, instrumenttien suunnittelun, nopean prototypoinnin kenttäolosuhteissa tapahtuvaa toteutettavuuden testaamista varten ja lopputuotteen kehittämisen. Tarjoamme korkealuokkaisia tutkimus- ja kehityspalveluja sekä mittauslaitteiden ja hallintajärjestelmien valmistajille että teollisuuden loppukäyttäjille.

Jaa