Joensuussa ollaan edelläkävijöitä maailman vanhimmassa tieteessä – Valon tiede eli fotoniikka mullistaa nyt maailmaa
Valon tiede eli fotoniikka on viime aikoina tullut toden teolla osaksi arkeamme. Suomessa muutoksen kärjessä kulkee Joensuu, jonka yliopisto vetää alalle opiskelijoita ulkomaita myöten.
Fotoniikka on valoon liittyvien eri tieteenalojen, keksintöjen ja sovellusten sikermä, joka tulee vastaamme kaikkialla. Sanotaankin, että 1800-luku oli mekaniikan vuosisata, 1900-luku elektroniikan vuosisata ja 2000-luku fotoniikan vuosisata.
Esimerkiksi älykello on tällä vuosituhannella muuttunut tieteiselokuvien avaruuslelusta monien arkihyödykkeeksi ja terveysmittariksi. Harva kuitenkin oikeasti ymmärtää, miten älykelloa ohjaavat valot toimivat.
Kellossa vasten ihoa oleva vihreä LED-valo tunkeutuu ranteessa hieman ihon läpi ja vieressä oleva optinen sensori tunnistaa heijastuvan valon, josta se päättelee kellon kantajan sydämen sykkeen. Tätä voidaan tehdä vuorokauden ympäri, eikä älykellon käyttäjä huomaa mitään. Älykellojen punainen LED-valo heijastuu puolestaan eri tavalla riippuen ihon alla olevan veren happipitoisuudesta, joka kertoo sekin kellon kantajan terveydentilasta.
Älykellon näyttö ja näytön valaistus ovat nekin fotoniikan tuotteita, kuten myös joissakin kellomalleissa oleva valkoinen LED-valo, joka toimii eräänlaisena taskulamppuna.
Valotiede on älykellon ja -sormuksen perusta, mutta se on myös mahdollistava teknologia monenlaisen muun analyysin tekemiseen yhdessä muiden sensoreiden kanssa.
Itä-Suomen yliopisto Pohjois-Karjalassa, Joensuun kaupungissa on tämän maailmanlaajuisen valon vallankumouksen airuita. Joensuussa on opiskeltu fysiikkaa jo vuodesta 1970 alkaen ja fotoniikka on ollut opetuksen ja tutkimuksen painopiste alusta lähtien. Viimeiset kymmenen vuotta alan kehitys on ollut huikeaa.
Yliopiston fysiikan ja matematiikan laitokselta löytyy laitoksen johtaja, professori Jyrki Saarinen, hieno älykello ranteessaan. Saarisen mukaan fotoniikka ei uutuudenviehätyksestään huolimatta ole silti mikään uusi keksintö tai tieteenala.
– Fysiikka ja siihen liittyvä fotoniikka on maailman vanhin tiede. Kun maailma luotiin, ensin tuli valo. Fotoniikan tärkein keksintö, silmälasit, keksittiin nekin jo 50 vuotta ennen Kristuksen syntymää.
Diplomi-insinööri ja tekniikan tohtori Saarinen kutsuttiin Joensuuhun professoriksi vuonna 2012. Sitä ennen hänellä oli takanaan jo varsin ansiokas kansainvälinen ura ensin Suomen Akatemian tutkijana ja myöhemmin yrittäjänä Kalifornian Piilaaksossa. Joensuuhun Saarisen veti paitsi fotoniikan oppiaine ja yliopiston professuuri, myös Saarisen vaimon, Mervi Saarisen, halu harjoittaa psykoterapeutin ammattiaan kotimaassaan.
Viime vuosikymmeninä fotoniikka on tullut mukaan lähes kaikkeen ihmiselämään ja samalla monen eri oppiaineen opetukseen. Fotoniikan sovelluksia käytetään esimerkiksi valokuiduissa ja muussa optisessa tietoliikenteessä, lasereissa, led-lampuissa, aurinkokennoissa, huipputeknisissä kameroissa, ja vaikka kännyköiden, tietokoneiden, televisioiden ja lisätyn todellisuuden näytöissä. Valolla voi helposti nykyisin mitata lähes mitä tahansa, myös lääketieteessä ja biologiassa.
– Ilman fotoniikkaa emme voisi esimerkiksi mitata ihmisen hiilijalanjälkeä maailmassa. Fotoniikka on avainmahdollistaja monessa asiassa.
Itä-Suomen yliopistossa voi nykyisin suorittaa fotoniikassa diplomi-insinöörin tutkinnon ja väitellä myös tohtoriksi. Mukana on neljä laitosta Joensuusta ja yksi Kuopiosta. Jyrki Saarinen sanoo, että Suomessa fotoniikan opetus ja alan yritykset ovat keskittyneet Itä-Suomen yliopiston lisäksi ennen kaikkea Espoon Aalto-yliopistoon ja Tampereen yliopistoon. Myös Oulussa on alan opetusta. Fotoniikan tohtorikoulutuspilotissa ovat mukana myös Jyväskylän ja Turun yliopistot.
– Fotoniikan opiskelijaksi tuleminen vaatii vahvaa fysiikan ja matematiikan tietopohjaa, mutta myös luovaa ratkaisukykyä. Ei ole olemassa fotoniikan koulutusta johonkin yksittäiseen, saman nimiseen ammattiin, vaan opetamme opiskelijat ajattelemaan kokonaisuutta monissa eri ammateissa.
Tässä luovassa ratkaisukyvyssä piilee professori Saarisen mukaan mahdollisuus kasvattaa fotoniikan elinkeinoa ja työllisyyttä Joensuussa, Suomessa ja yleensä Euroopassa. Suomessa fotoniikka työllistää nyt noin 6 000 henkilöä, joista Joensuussa noin 350. Alan liikevaihto on Suomessa yli kaksi miljardia euroa ja kasvu vahvaa, 20-30 prosenttia vuodessa.
Maailmanlaajuisesti fotoniikan edelläkävijöitä ovat Ranska, Saksa, Japani, Iso-Britannia ja Yhdysvallat – ja Suomi siinä ohessa.
Kokemukset koronasta ja Ukrainan sota ovat Saarisen mukaan muuttaneet myös Euroopan unionin ajattelua. Kiina-riippuvuudesta halutaan päästä eroon ja siirtää komponenttien tuotantoa ja kehitystä Eurooppaan. Suomi on saanut myös osansa EU:n yhteisistä fotoniikka-alan varoista ja hankkeista. Fotoniikan sotateknisillä ratkaisuilla on niilläkin nykyisin huutava kysyntä.
– Ohjus on optinen laite. Australiassa on kehitetty laser, jolla voi tuhota panssaritankin. Ammukset ja niihin tarvittavat raaka-aineet eivät näin tulevaisuudessa lopu kesken, sillä laser- aseiden käyttöön tarvitaan vain sähköä. Valon nopeus on maailmankaikkeuden suurin nopeus.
Jyrki Saarinen sanoo, että kiinalaiset tekevät alalla halpoja komponentteja ja massatuotantoa, mutta Euroopan mahdollisuudet perustuvat sovelluksiin ja tietoon. Vaikkapa mittalaitteet vaativat osaamista, josta tämän vuoden fotoniikka-alan yrityksenä palkittu suomalainen Vaisala Oy on hyvä esimerkki. Vaisala on maailman johtava mittauslaitteiden ja tiedon toimittaja.
Teknologiayhtiö Dispelixin AR-lasit ovat esimerkki fotoniikan huipputuotteesta. Espoossa päämajaansa pitävällä yhtiöllä on ollut toimipiste Joensuussa vuodesta 2017. Dispelix valmistaa valojohdekomponentteja, käytännössä hienostuneita läpinäkyviä näyttöjä. Se on lisättyä todellisuutta, jossa katselijalle tarjotaan tietoa lasien läpi.
Kontiolahtelainen Nanocomp myytiin puolestaan jokin aika sitten taiwanilaiselle suuryritykselle. Nanocompin tuotteita ovat muun muassa ePaper-näytöt. Muitakin alan yrityksiä on Pohjois-Karjalassa ja Suomessa runsaasti.
– Fotoniikan alalla on työvoimapula, johon yritämme Joensuussa osaltamme vastata koulutuksella. Joudumme kuitenkin kilpailemaan opiskelijoista muiden maiden kanssa.
Fotoniikan opiskelijat saapuvat Joensuuhun esimerkiksi Pakistanista, muualta Aasiasta, Afrikasta ja Euroopasta. Yksi heistä on Iranin Babolista kotoisin oleva Behnaz Fazlpour, 42.
– Tutkin Iranissa eurooppalaisia yliopistoja, joissa voisin opiskella fotoniikkaa ja olen iloinen, että valitsin Suomen. Ennen Suomeen tulemista olin Iranissa monta vuotta opettajana ja halusin oppia lisää.
Behnaz Fazlpour ehti käydä katsastamassa ennen Joensuuta Italian, Saksan ja Kanadan fotoniikan opiskelumahdollisuudet, mutta päätyi lopulta Pohjois-Karjalaan. Nyt Joensuussa viihtyvät myös hänen samaa alaa opiskeleva aviomiehensä ja kaksi avioparin yhteistä lasta. Perheen-äidin pääopintosuunta on kvanttifotoniikka.
– Suomi on kallis maa, mutta täällä on hyvät opiskelumahdollisuudet ja koulut myös lapsille. Tämä kaikki saa minut vain työskentelemään enemmän. Teen parhaani valmistuakseni ja työllistyäkseni.
Iranilaisen perheenäidin tavoite on jäädä Suomeen opiskelujen jälkeenkin.
– Miksi en jäisi? Tämä on kiva maa ja opetus yliopistossa on korkeatasoista. Tärkeintä on saada opiskeluihin liittyvä työ valmistumisen jälkeen. Olen optimisti.
Toinen Joensuuhun fotoniikan pariin päätynyt on haminalainen Roman Calpe, 28. Hän työskentelee puhdastilahuoneessa optisten komponenttien parissa. Sellaisia ovat esimerkiksi erilaiset valosuodattimet tai -hajottajat.
Yliopistolle hakiessaan Calpe ei ollut mitenkään varma tulevasta fotoniikan opiskelualastaan. Hän haki yliopistoon ja alalle, joka ei sulje mitään vaihtoehtoa pois.
– Tämä ala on todellakin täyttänyt toiveeni, enkä mitenkään kadu valintaani. Valo voidaan valjastaa erittäin moneen käyttötarkoitukseen.
Calpen mukaan fotoniikka ei vieläkään ole kovin tunnettu ala, vaikka yritysten kiinnostus opiskelijoihin on valtava, ja kiinnostus vain kasvaa.
