Fotonipohjaiset

Fotonipohjaiset tarkoittaa teknologioita ja järjestelmiä, joissa fotoneita käytetään tiedon siirtämiseen, käsittelyyn tai energiantuotantoon. Toisin kuin elektroniset ratkaisut, jotka perustuvat sähköisten varauksien liikkeeseen, fotonipohjaiset järjestelmät hyödyntävät valon ominaisuuksia kuten suurempaa tiedonsiirtokerrointa, nopeaa vasteaikaa ja vähäistä sähkömagneettista häiriötä. Termi kattaa sekä yksittäiset optiset komponentit että laajat järjestelmät, joissa valon ohjauksella ja mittauksella on keskeinen rooli.

Teknisesti keskeisiä ovat optiset materiaalit ja rakenteet, jotka voivat muuttaa valon kulkua, sen aallonpituutta, vaiheita tai voimakkuutta. Yksi keskeinen kehitysala on fotoniset integroidut piirit (PIC:t), joiden avulla useat optiset komponentit voidaan yhdistää samaan siruun. Perusmateriaaleina käytetään silikonipohjaisia alustoja, III-V-ryhmän puolijohteita sekä LiNbO3:ta (litiumniobitaatti), joita hyödynnetään modulaattoreissa, kytkimissä ja vahvistimissa. Fotoniikka kattaa sekä kuituoptiset verkkotekniikat että sovellukset sensori‑ ja mittauslaitteissa sekä lääketieteellisessä kuvantamisessa.

Sovellukset kattavat tietoliikenteen ja datakeskusten optiset verkot, sensorointi ja mittaus, kuten kuiduttujen antureiden ja LIDAR-järjestelmien käyttö, sekä kvanttiviestintä ja kvanttitason mittaukset. Fotonipohjaiset ratkaisut tarjoavat suurta kaistanleveyttä, alhaisen melun ja nopean vasteen, sekä mahdollisuuden paketoida ja integroida laitteita pienemmässä tilassa.

Haasteina ovat valmistuksen kustannukset ja tekninen monimutkaisuus, optisten kytkentöjen ja sirun liitännöiden tehokas toteuttaminen sekä lämpötilan hallinta ja luotettavuus. Lisäksi standardien puute ja yhteentoimivuuden riittävyys voivat hidastaa markkinoiden laajentumista.

Tulevina vuosina kehitys suuntaa tiheämpiin fotonisiin piireihin, silicon photonics -ekosysteemin laajentumiseen sekä kvanttiteknologioiden levittämiseen tieto- ja mittausjärjestelmissä.