Optiikka 4.0

Optiset komponentit vaikuttavat meidän jokapäiväiseen elämäämme, oli kyseessä Internet, energiaa säästävä LED-lamppu, sähköä tuottava aurinkokenno, kamera tai optinen sensori itseohjautuvassa ajoneuvossa tai kännykässä. Optisten linssien historia ulottuu 3000 vuoden taakse, mutta vasta viimeisten vuosikymmenien aikana niiden rinnalle ovat tulleet taitekerroinmoduloidut (graded-index) eli GRIN linssit (esim. endoskoopit) ja valon sirontaan perustuvat diffraktiiviset linssit. Valmistuspuolella perinteisen lasin hionnan&kiillotuksen rinnalle ovat tulleet muovin ja lasin ruiskupuristus sekä puolijohdeteollisuudesta tutut mikro- ja nanorakenteiden valmistusmenetelmät.

3D-tulostus on puolestaan mullistamassa mm. valmistavaa teollisuutta ja lääketiedettä, kun yksilölliset mekaaniset rakenteet voidaan valmistaa kerros kerrokselta tulostamalla tietokoneella suunnitellusta 3D-mallista.

UEF:n Fotoniikan instituutti, ryhmänjohtajana professori Jyrki Saarinen, on yhteistyössä hollantilaisen Luxexcelin kanssa tuonut 3D-tulostuksen optisten komponenttien, kuten silmälasien linssien ja ei-kuvantavan optiikan nopeaan ja kustannustehokkaaseen valmistukseen. Viimeisimpänä läpimurtona UEF:ssa on 3D-tulostettu äärimmäistä tarkkuutta vaativaa kuvantavaa optiikkaa: kameran linssi. Yhteistyössä ovat mukana UEF:n Kemian laitos (uudet tulostusmateriaalit), koti- ja ulkomaiset yritykset (sovellukset) sekä Aalto-yliopisto ja University of Rochester, USA (GRIN-optiikka).

Optiikka 4.0 on täysin uudenlainen ja vallankumouksellinen vapausaste toteuttaa optiikkaa. Siinä yhdistyvät ensinnäkin 3D-tulostuksen mahdollistama free-form optiikka: linssin pinta voidaan muovata minkämuotoiseksi tahansa, jolloin yhdellä linssillä voidaan toteuttaa sama kuin aiemmin kookkailla linssisysteemeillä. Toiseksi UEF:n 3D-tulostus perustuu mustesuihkutulostukseen: kuten kotoakin tutussa valokuvatulostimessa käytetään useita eri värejä, voimme tulostaa samanaikaisesti useita eri materiaaleja. Yksittäisen pisaran halkaisija on alle viidesosa hiuksen halkaisijasta. Näin 3D-tulostetun free-form linssin sisus voi olla vaikkapa täysin vapaamuotoinen GRIN-rakenne tai valoa absorboiva, sähköä johtava tai valoa tuottava rakenne tai tukimateriaali onttojen rakenteiden toteuttamiseksi.

Optiikka 4.0 mahdollistaa aiempaa monimutkaisempien optisten ja optoelektronisten toimintojen toteuttamisen pienemmässä tilassa, mikä näkyy optisten laitteiden pienemmässä koossa, kevyemmässä painossa ja halvemmassa hinnassa. Mutta ennenkaikkea Optiikka 4.0 on myös askel kohti tuntematonta: kaikkia hyötyjä on vielä vaikea ennakoida tai edes ennustaa, koska optiikassa 3000 vuoden aikana ei ole voitu yhtaikaa muokata sekä linssin pinnan muotoa että sisusrakennetta täysin vapaavalintaisesti.