James McKenzie staunt über die Wunder der Photonik, die für das tägliche Leben so viel entscheidender ist, als es auf den ersten Blick scheint
Welche Branche beschäftigt in Großbritannien doppelt so viele Menschen wie die Pharmaindustrie und mehr als entweder die Raumfahrt- oder die „Fintech“-Branche? Die Antwort lautet laut der Photonik Photonik-Führungsgruppe (PLG) – ein Handelsverband, der mehr als 120 Mitglieder in diesem Bereich vertritt. In den letzten Jahren hat es all die unzähligen Anwendungen optischer Technologien oder Photonik verfolgt und zusammengetragen. Keine leichte Aufgabe, da die meisten aus Hunderten kleiner und mittlerer Unternehmen hervorgehen.
Laut PLG UK Photonik 2035 berichten, sind rund 76 Menschen in der Photonikbranche in 000 Unternehmen in allen Regionen des Vereinigten Königreichs beschäftigt und erwirtschaften jedes Jahr einen Umsatz von 1200 Mrd. £. Mit einer Bruttowertschöpfung von 14.5 £ pro Mitarbeiter ist die Photonik der fünftproduktivste britische Fertigungssektor, heißt es in dem Bericht. Britische Universitäten seien weltweit führend auf diesem Gebiet, wobei etwa 85 % der weltweiten Veröffentlichungen in der Photonik ihren Ursprung in Großbritannien haben.
Darüber hinaus geht die PLG davon aus, dass die Photonik zu einer 50-Milliarden-Pfund-Industrie für Großbritannien werden und bis 100 weitere 000 direkte Arbeitsplätze schaffen könnte. „Es wird noch viel mehr kommen, wenn die britische Regierung in wichtige transformative Technologien in der Photonik in wichtigen vertikalen Märkten investiert wie Energie, Gesundheitswesen und sauberer Verkehr neben privaten Investoren“, sagt PLG-Geschäftsführer John Lincoln. Tatsächlich schätzt die Gruppe, dass etwa 2035 % der britischen Wirtschaft in Zukunft direkt von der Photonik abhängen werden.
Die PLG hat großartige Arbeit geleistet, um das Bewusstsein für Photonik zu schärfen und ihre Mitglieder zu vertreten – von denen viele allein nicht groß genug sind, um Regierungen und Investoren so zu beeinflussen, wie es große Pharma- und Verteidigungsunternehmen können. Aber die Photonik ist enorm wichtig, da sie das Licht für alles nutzbar macht, von der Krankheitsdiagnose und Laserchirurgie bis hin zur Telekommunikation und fortschrittlichen Fertigung. Photonik ist entscheidend dafür, dass Produkte und Dienstleistungen Verbrauchern und der Industrie einen Mehrwert bieten.
Nach Angaben des Photonics21-Netzwerk der EU, war der globale Markt für Photonik im Jahr 650 2020 Milliarden Euro wert, aber es sind die Dinge, die die Photonik ermöglicht, wenn sie zu Produkten kombiniert werden, die erstaunlich sind. Denken Sie an die CCDs und Linsen in Smartphones oder daran, wie optische Sensoren, Kameratechnik und LIDAR autonome Fahrzeuge ermöglichen. Ein Bericht des SPIE aus dem Jahr 2020 schätzt die Art von Märkten, die die Photonik ermöglicht, auf wirklich erstaunliche 2 Billionen US-Dollar weltweit.
Die Kraft des Lichts
Welche Art von Wert liefert die Photonik und was für Dinge tun Photonik-Unternehmen? Die offensichtlichste Anwendung ist die Glasfaserkommunikation, die die Welt in den letzten 50 Jahren geschrumpft hat, ohne Anzeichen einer Verlangsamung des Fortschritts. Petabit-Datenraten wurden vor einigen Jahren erreicht, während Corning bis 2017 mehr als eine Milliarde Kilometer Glasfaser geliefert hatte. Bis 2035 werden Intra-Satelliten-Laser es routinemäßig Satellitenkonstellationen in niedriger Erdumlaufbahn ermöglichen, Hochgeschwindigkeits-Internet auf der ganzen Welt selbst an die entlegensten Orte zu liefern.
In der Fertigung ermöglicht die Photonik das digitale Schneiden, Fügen, Markieren, Texturieren und 3D-Drucken von Materialien, insbesondere Metallen. Dank der maschinellen Bildverarbeitung trägt die Photonik inzwischen zu automatisierten und robotergestützten Systemen wie Laserschneiden und -schweißen bei. Tatsächlich macht die industrielle Materialbearbeitung etwa ein Drittel des rund 11 Mrd. £ schweren Weltmarktes für Laser aus.
Dann gibt es die „vertikale Landwirtschaft“, bei der Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen in gestapelten Schichten angebaut werden. Spektral optimierte Leuchtdioden können sowohl das Pflanzenwachstum optimieren als auch reduzieren die Verdunstung der Pflanzen, was bedeutet, dass sie viel weniger Wasser benötigen, als wenn sie im Freien angebaut werden. Vertikale Landwirtschaft eliminiert auch Pestizide.
Die Photonik ist enorm wichtig, da sie das Licht für alles nutzbar macht, von der Krankheitsdiagnose und Laserchirurgie bis hin zur Telekommunikation und fortschrittlichen Fertigung
Die Grundlagenforschung hängt natürlich von der Photonik ab, seien es Teilchenbeschleuniger, Teleskope oder Gravitationswellendetektoren. Tatsächlich werden über die Hälfte aller Nobelpreise in Physik vergeben in den letzten 25 Jahren wurden entweder mit Entdeckungen in der Photonik in Verbindung gebracht oder Photonik als Werkzeug verwendet.
Und vergessen Sie nicht die ganze Welt des Quantencomputings, der Kommunikation und der Kryptographie, die entweder direkt auf der Photonik basiert oder Photonik benötigt, um zu funktionieren. Es ist eine Branche, die gerade erst richtig Fahrt aufnimmt. Das in London ansässige Unternehmen Orca, Die einen Existenzgründerpreis gewonnen vom Institute of Physics im Jahr 2020, hat gerade seinen ersten Quantencomputer an das britische Verteidigungsministerium verkauft.
Vorteile aus der Praxis
Die Photonik hilft der Welt auch, dank hocheffizienter Photovoltaik-Solarzellen Netto-Null zu erreichen, während fortschrittliches LIDAR – kombiniert mit Computersimulation – die Leistung von Windparks steigern kann. Schätzungen von PLG gehen davon aus, dass die Photonik die Effizienz neuer und bestehender Windkraftanlagen um 1.5–2 % steigern wird. Mit geringen zusätzlichen Kosten wird dies bis 15 weltweit eine zusätzliche Erzeugungskapazität von 2035 GW bereitstellen – eine Einsparung von mehr als 100 Mrd. £ (entspricht ungefähr fünf Kernkraftwerken in Hinkley Point C).
Licht ist auch in der Medizin lebensnotwendig. Es gibt Laser-Augenkorrekturen, während selbst Augenoptiker heutzutage eine große Auswahl an Photonik-Tools verwenden. Bei einem kürzlich durchgeführten Sehtest bei meiner örtlichen Niederlassung von Specsavers unterhielt ich mich mit meinem Optiker, der anscheinend nicht viel über die Physik hinter dem von ihm verwendeten optischen Kohärenztomographie-System (OCT) zu wissen schien, aber von den Bildern überwältigt war er konnte sehen. Durch die Abbildung des Augenhintergrunds in verschiedenen Tiefen können Augenoptiker OCTs verwenden, um eine Reihe von Gesundheits- und Sehproblemen sicher zu erkennen, oft bevor sie ernst werden.
Lichtwellenleiter, optische Verstärker und auf Atomuhren rückführbare Zeitstempel sind alles britische Erfindungen. Sichere Quantenkommunikation wird in Großbritannien Pionierarbeit geleistet. Tatsächlich würde ich sagen, dass Großbritannien einzigartig positioniert ist, um im Kern der nächsten sicheren, vertrauenswürdigen Telekommunikationsrevolution in 5G- und 6G-Netzen zu stehen – und darüber hinaus. Laut PLG wird Großbritannien bis 2035 wieder ein globaler Anbieter kritischer Kommunikationsinfrastruktur sein.
Ich kann nur sagen, dass Sie es jetzt hoffentlich tun, wenn Sie noch nichts über Photonik wussten.
