جيمس ماكنزي يندهش من عجائب علم الضوئيات ، وهو الأمر الأكثر أهمية في الحياة اليومية مما يبدو للوهلة الأولى
ما هي الصناعة التي توظف ضعف عدد الأشخاص في المملكة المتحدة مثل المستحضرات الصيدلانية وأكثر من قطاعي الفضاء أو "fintech"؟ الجواب هو الضوئيات ، وفقا ل مجموعة قيادة الضوئيات (PLG) - جمعية تجارية تمثل أكثر من 120 عضوًا في هذا المجال. على مدى السنوات القليلة الماضية ، كان يتتبع ويجمع جميع التطبيقات التي لا تعد ولا تحصى للتقنيات الضوئية أو الضوئيات. هذه ليست مهمة سهلة بالنظر إلى أن معظمها يأتي من مئات الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم.
وفقًا لـ PLG's الضوئيات في المملكة المتحدة 2035 وفقًا للتقرير ، يعمل حوالي 76 شخص في صناعة الضوئيات في 000 شركة في جميع مناطق المملكة المتحدة ، مما يولد 1200 مليار جنيه إسترليني من المبيعات كل عام. مع القيمة الإجمالية المضافة للاقتصاد البالغة 14.5 جنيه إسترليني لكل موظف ، فإن الضوئيات هي خامس أكثر قطاعات التصنيع إنتاجية في المملكة المتحدة ، كما يقول التقرير. الجامعات البريطانية ، كما تدعي ، هي رائدة عالميا في هذا المجال ، مع ما يقرب من 85 ٪ من المنشورات العالمية في مجال الضوئيات نشأت في المملكة المتحدة.
علاوة على ذلك ، تعتقد شركة PLG أن الضوئيات يمكن أن تصبح صناعة بقيمة 50 مليار جنيه إسترليني للمملكة المتحدة وتخلق 100 وظيفة إضافية مباشرة بحلول عام 000. "هناك الكثير في المستقبل إذا استثمرت حكومة المملكة المتحدة في التقنيات التحويلية الرئيسية في الضوئيات في الأسواق الرأسية الرئيسية يقول جون لينكولن ، الرئيس التنفيذي لشركة PLG ، مثل الطاقة والرعاية الصحية والنقل النظيف جنبًا إلى جنب مع مستثمري القطاع الخاص. في الواقع ، تقدر المجموعة أن حوالي 2035٪ من اقتصاد المملكة المتحدة سيعتمد بشكل مباشر على الضوئيات في المستقبل.
تقوم PLG بعمل رائع في زيادة الوعي بالضوئيات وتمثيل أعضائها - وكثير منهم ليسوا كبيرًا بما يكفي للتأثير على الحكومات والمستثمرين بالطريقة التي يمكن لشركات الأدوية والدفاع الكبيرة القيام بها. لكن الفوتونات مهمة للغاية ، فهي تسخر الضوء لكل شيء بدءًا من تشخيص الأمراض وجراحة الليزر إلى الاتصالات السلكية واللاسلكية والتصنيع المتقدم. تعد الضوئيات أمرًا بالغ الأهمية لجعل المنتجات والخدمات تقدم قيمة للمستهلكين والصناعة.
وفقًا شبكة Photonics21 التابعة للاتحاد الأوروبي، كان السوق العالمي للضوئيات بقيمة 650 مليار يورو في عام 2020 ، لكن الأشياء التي تتيحها الضوئيات عند دمجها في منتجات مذهلة. فكر في CCDs والعدسات في الهواتف الذكية أو الطريقة التي تعمل بها المستشعرات الضوئية وتكنولوجيا الكاميرا و LIDAR على تمكين المركبات المستقلة. يقدر تقرير صادر عن SPIE في عام 2020 أن نوع الأسواق التي تتيحها الضوئيات هو حقًا مذهل يبلغ 2 تريليون دولار على مستوى العالم.
قوة الضوء
إذن ، ما نوع القيمة التي تقدمها الضوئيات وما أنواع الأشياء التي تقوم بها شركات الضوئيات؟ التطبيق الأكثر وضوحًا هو اتصالات الألياف الضوئية ، التي تقلصت العالم على مدار الخمسين عامًا الماضية ، مع عدم وجود أي مؤشر على تباطؤ التقدم. تم تحقيق معدلات بيانات Petabit قبل بضع سنوات ، بينما بحلول عام 50 ، شحنت Corning أكثر من مليار كيلومتر من الألياف. بحلول عام 2017 ، ستسمح أجهزة الليزر داخل الأقمار الصناعية بشكل روتيني للأبراج الساتلية ذات المدار الأرضي المنخفض بتقديم إنترنت عالي السرعة في جميع أنحاء العالم حتى أبعد المواقع.
في التصنيع ، تسمح الضوئيات بالقطع الرقمي ، والجمع ، والنقش ، والتركيب ، والطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد ، وخاصة المعادن. بفضل رؤية الآلة ، تساهم الضوئيات في الأنظمة الآلية والروبوتية مثل القطع واللحام بالليزر. في الواقع ، تمثل المعالجة الصناعية للمواد حوالي ثلث السوق العالمي لليزر البالغ 3 مليار جنيه إسترليني تقريبًا.
ثم هناك "الزراعة العمودية" ، حيث تزرع المحاصيل في طبقات مكدسة في ظل ظروف خاضعة للرقابة. يمكن للديودات الباعثة للضوء المُحسَّنة طيفيًا تحسين نمو النبات و تقليل التبخر من النباتات ، مما يعني أنها تتطلب كمية أقل بكثير من المياه مما لو كانت تنمو في الهواء الطلق. الزراعة الحقيقية تقضي على المبيدات الحشرية أيضًا.
تعد الفوتونات مهمة للغاية ، فهي تسخر الضوء لكل شيء بدءًا من تشخيص الأمراض وجراحة الليزر إلى الاتصالات السلكية واللاسلكية والتصنيع المتقدم
تعتمد العلوم الأساسية ، بالطبع ، على الضوئيات ، سواء كانت مسرعات للجسيمات ، أو تلسكوبات ، أو كاشفات موجات الجاذبية. في الواقع ، تم منح أكثر من نصف جوائز نوبل في الفيزياء في السنوات الأخيرة من 25 كانت إما مرتبطة بالاكتشافات في الضوئيات أو الضوئيات المستخدمة كأداة.
ولا تنس عالم الحوسبة الكمومية والاتصالات والتشفير ، والتي تعتمد إما مباشرة على الضوئيات أو تتطلب الضوئيات لتعمل. إنها صناعة بدأت بالفعل في الإقلاع. شركة مقرها لندن أرك، التي حصل على جائزة بدء الأعمال التجارية من معهد الفيزياء في عام 2020 ، باع للتو أول كمبيوتر كمي إلى وزارة الدفاع البريطانية.
فوائد حقيقية
تساعد الضوئيات العالم أيضًا في الوصول إلى صافي الصفر بفضل الخلايا الشمسية الكهروضوئية عالية الكفاءة ، في حين أن تقنية LIDAR المتقدمة - جنبًا إلى جنب مع محاكاة الكمبيوتر - يمكن أن تعزز إنتاج مزارع الرياح. تشير تقديرات PLG إلى أن الضوئيات ستزيد من كفاءة توربينات الرياح الجديدة والحالية بنسبة 1.5-2٪. وبتكلفة إضافية قليلة ، سيوفر هذا قدرة توليد إضافية تبلغ 15 جيجاوات على مستوى العالم بحلول عام 2035 - مما يوفر أكثر من 100 مليار جنيه إسترليني (ما يعادل تقريبًا خمس محطات طاقة نووية من طراز Hinkley Point C).
يعتبر الضوء أيضًا أمرًا حيويًا في الطب. هناك جراحة تصحيحية بالليزر للعين ، بينما يستخدم حتى أخصائيو البصريات في الشوارع الكبيرة هذه الأيام مجموعة واسعة من أدوات الضوئيات. خلال اختبار العين الذي أجريته مؤخرًا في فرعي المحلي من Specsavers ، تحدثت مع طبيب العيون الذي لا يبدو أنه يعرف الكثير عن الفيزياء الكامنة وراء نظام التصوير المقطعي للتماسك البصري (OCT) الذي كان يستخدمه ، ولكن الصور أذهلتني كثيرًا باستطاعته أن يرى. من خلال تصوير الجزء الخلفي من العين على أعماق مختلفة ، يمكن لأخصائيي البصريات استخدام OCTs لاكتشاف مجموعة من المشاكل الصحية والرؤية بأمان ، غالبًا قبل أن تصبح خطيرة.
تعد الألياف الضوئية والمضخمات الضوئية والطوابع الزمنية التي يمكن تتبعها على مدار الساعة الذرية اختراعات بريطانية. تعتبر الاتصالات الكمية الآمنة رائدة في المملكة المتحدة. في الواقع ، أود أن أقول إن بريطانيا في وضع فريد لتكون في قلب ثورة الاتصالات الآمنة التالية في شبكات الجيل الخامس والسادس وما بعدها. وفقًا لـ PLG ، بحلول عام 5 ، ستكون المملكة المتحدة مرة أخرى مزودًا عالميًا للبنية التحتية للاتصالات الحيوية.
كل ما يمكنني قوله هو أنك إذا لم تكن تعرف شيئًا عن الضوئيات بالفعل ، أتمنى أن تفعل ذلك الآن.
