James McKenzie undrer sig over fotonikkens vidundere, som er så meget mere afgørende for hverdagen, end det umiddelbart ser ud til
Hvilken industri beskæftiger dobbelt så mange mennesker i Storbritannien som lægemidler og flere end enten rumfarts- eller "fintech"-sektoren? Svaret er fotonik, ifølge Fotonik ledergruppe (PLG) – en brancheforening, der repræsenterer mere end 120 medlemmer på området. I de sidste par år har det sporet og samlet alle de utallige anvendelser af optiske teknologier eller fotonik. Det er ikke nogen nem opgave, da de fleste kommer fra hundredvis af små og mellemstore virksomheder.
Ifølge PLG's UK Photonics 2035 rapport, er omkring 76 000 mennesker beskæftiget i fotonikindustrien i 1200 virksomheder i alle regioner i Storbritannien, hvilket genererer £14.5 mia. i omsætning hvert år. Med en bruttoværditilvækst til økonomien på £85 pr. ansat er fotonik den femte mest produktive fremstillingssektor i Storbritannien, siger rapporten. Britiske universiteter, hævder det, er globale førende på området, med omkring 000 % af de globale publikationer inden for fotonik, der stammer fra Storbritannien.
Desuden regner PLG med, at fotonik kan blive en industri på 50 milliarder pund for Storbritannien og generere yderligere 100 direkte job inden 000. "Der er meget mere at komme efter, hvis den britiske regering investerer i vigtige transformative teknologier inden for fotonik på vigtige vertikale markeder som energi, sundhedspleje og ren transport sammen med investorer fra den private sektor,” siger administrerende direktør for PLG, John Lincoln. Faktisk vurderer gruppen, at omkring 2035% af den britiske økonomi vil være direkte afhængig af fotonik i fremtiden.
PLG har gjort et fantastisk stykke arbejde med at øge bevidstheden om fotonik og repræsentere dets medlemmer – hvoraf mange ikke er store nok alene til at påvirke regeringer og investorer på den måde, som store medicinal- og forsvarsvirksomheder kan. Men fotonik er enormt vigtigt og udnytter lyset til alt fra sygdomsdiagnostik og laserkirurgi til telekommunikation og avanceret fremstilling. Fotonik er afgørende for at få produkter og tjenester til at levere værdi til forbrugere og industri.
Ifølge EU's Photonics21 netværk, var det globale marked for fotonik værd €650 mia. i 2020, men det er de ting, fotonik muliggør, når det kombineres til produkter, der er fantastiske. Tænk på CCD'erne og linserne i smartphones eller den måde, optiske sensorer, kamerateknologi og LIDAR muliggør autonome køretøjer på. En rapport fra SPIE i 2020 anslår, at den slags markeder, som fotonik muliggør, er en virkelig svimlende 2 billioner USD globalt.
Lysets kraft
Så hvilken slags værdi leverer fotonik, og hvilken slags ting gør fotonikfirmaer? Den mest oplagte anvendelse er optisk fiberkommunikation, som har krympet verden i løbet af de sidste 50 år, uden tegn på, at fremskridtene aftager. Petabit-datahastigheder blev opnået for et par år siden, mens Corning i 2017 havde afsendt mere end en milliard kilometer fiber. I 2035 vil intra-satellitlasere rutinemæssigt tillade satellitkonstellationer med lavt kredsløb om Jorden at levere højhastighedsinternet over hele kloden til selv de fjerneste steder.
I fremstillingen tillader fotonik digital skæring, sammenføjning, mærkning, teksturering og 3D-print af materialer, især metaller. Takket være maskinsyn bidrager fotonik i mellemtiden til automatiserede og robotsystemer som laserskæring og svejsning. Faktisk tegner den industrielle behandling af materialer sig for omkring en tredjedel af det globale marked for lasere på omkring 11 milliarder pund.
Så er der "vertikalt landbrug", hvor afgrøder dyrkes i stablede lag under kontrollerede forhold. Spektralt optimerede lysemitterende dioder kan både optimere plantevækst og reducere fordampning fra planterne, hvilket betyder, at de kræver meget mindre vand, end hvis de dyrkes udendørs. Verikalt landbrug eliminerer også pesticider.
Fotonik er enormt vigtigt og udnytter lyset til alt fra sygdomsdiagnostik og laserkirurgi til telekommunikation og avanceret fremstilling
Grundlæggende videnskab afhænger selvfølgelig af fotonik, hvad enten det er partikelacceleratorer, teleskoper eller gravitationsbølgedetektorer. Faktisk over halvdelen af alle nobelpriser i fysik uddelt i de sidste 25 år enten har været relateret til opdagelser inden for fotonik eller brugt fotonik som værktøj.
Og glem ikke hele verden af kvantecomputere, kommunikation og kryptografi, som enten er direkte baseret på fotonik eller kræver fotonik for at fungere. Det er en branche, der for alvor begynder at tage fart. Det London-baserede firma Orca, Hvilket vandt en virksomhedsstartpris fra Institute of Physics i 2020, har netop solgt sin første kvantecomputer til det britiske forsvarsministerium.
Fordele i den virkelige verden
Photonics hjælper også verden med at nå netto-nul takket være højeffektive fotovoltaiske solceller, mens avanceret LIDAR – kombineret med computersimulering – kan booste output fra vindmølleparker. Estimater fra PLG tyder på, at fotonik vil øge effektiviteten af nye og eksisterende vindmøller med 1.5-2%. Med få ekstra omkostninger vil dette give en yderligere 15 GW produktionskapacitet på globalt plan i 2035 – hvilket sparer mere end £100 mia. (ca. svarende til fem Hinkley Point C atomkraftværker).
Lys er også afgørende i medicin. Der er laserkorrigerende øjenkirurgi, mens selv highstreet-optikere i disse dage bruger en bred vifte af fotonikværktøjer. Under en nylig øjentest hos min lokale afdeling af Specsavers fik jeg en snak med min optiker, som ikke så ud til at vide meget om fysikken bag det optiske kohærenstomografi (OCT) system, han brugte, men blev blæst omkuld af billederne han kunne se. Ved at afbilde bagsiden af øjet i forskellige dybder kan optikere bruge OCT til sikkert at opdage en række sundheds- og synsproblemer, ofte før de er blevet alvorlige.
Optisk fiber, optiske forstærkere og atomur sporbare tidsstempler er alle britiske opfindelser. Sikker kvantekommunikation bliver banebrydende i Storbritannien. Faktisk vil jeg sige, at Storbritannien er unikt positioneret til at være kernen i den næste sikre betroede telekommunikationsrevolution inden for 5G- og 6G-netværk – og videre. Ifølge PLG vil Storbritannien i 2035 igen være en global udbyder af kritisk kommunikationsinfrastruktur.
Alt, hvad jeg kan sige, er, at hvis du ikke kendte til fotonik allerede, håber jeg, du gør det nu.
