James McKenzie imestab fotoonika imesid, mis on igapäevaelus palju olulisemad, kui esmapilgul paistab
Millises tööstusharus töötab Ühendkuningriigis kaks korda rohkem inimesi kui farmaatsiatööstuses ja rohkem kui kosmose- või fintech-sektoris? Vastus on fotoonika, vastavalt Fotoonika juhtrühm (PLG) – üle 120 valdkonna liikme esindav ametiühing. Viimase paari aasta jooksul on see jälginud ja kõrvutanud kõiki optiliste tehnoloogiate või fotoonika lugematuid rakendusi. See pole lihtne ülesanne, arvestades, et enamik neist on pärit sadadest väikestest ja keskmise suurusega ettevõtetest.
PLG andmetel UK Photonics 2035 Aruande kohaselt töötab fotoonikatööstuses ligikaudu 76 000 inimest 1200 ettevõttes kõigis Ühendkuningriigi piirkondades, mis teenivad igal aastal 14.5 miljardit naela käivet. Aruandes öeldakse, et fotoonika, mille brutolisandväärtus majandusele on 85 000 naela töötaja kohta, on Ühendkuningriigi produktiivselt viies tootmissektor. Briti ülikoolid on selle valdkonna ülemaailmsed liidrid, kuna umbes 20% ülemaailmsetest fotoonikaalastest väljaannetest pärineb Ühendkuningriigist.
Veelgi enam, PLG arvab, et fotoonikast võib saada Ühendkuningriigi jaoks 50 miljardi naelsterlingi suurune tööstusharu ja see võib 100. aastaks luua täiendavalt 000 2035 otsest töökohta. „Kui Ühendkuningriigi valitsus investeerib peamistel vertikaalsetel turgudel fotoonika põhitehnoloogiatesse, on palju rohkem ees. nagu energia, tervishoid ja puhas transport koos erasektori investoritega,” ütleb PLG tegevjuht John Lincoln. Tõepoolest, grupi hinnangul sõltub umbes 60% Ühendkuningriigi majandusest tulevikus otseselt fotoonikast.
PLG on teinud suurepärast tööd, tõstes teadlikkust fotoonikast ja esindades oma liikmeid – kellest paljud ei ole üksi piisavalt suured, et mõjutada valitsusi ja investoreid viisil, mida suured farmaatsia- ja kaitseettevõtted suudavad. Kuid fotoonika on tohutult oluline, kuna see kasutab valgust kõigeks alates haiguste diagnoosimisest ja laserkirurgiast kuni telekommunikatsiooni ja täiustatud tootmiseni. Fotoonika on kriitilise tähtsusega, et tooted ja teenused annaksid tarbijatele ja tööstusele väärtust.
Vastavalt ELi Photonics21 võrk, oli fotoonika ülemaailmse turu väärtus 650. aastal 2020 miljardit eurot, kuid need asjad, mida fotoonika toodeteks kombineerituna võimaldab, on hämmastav. Mõelge nutitelefonide CCD-dele ja objektiividele või sellele, kuidas optilised andurid, kaameratehnoloogia ja LIDAR võimaldavad autonoomseid sõidukeid. SPIE 2020. aasta aruanne hindab seda, millist tüüpi turge fotoonika võimaldab, maailmas tõeliselt vapustav 2 triljonit dollarit.
Valguse jõud
Niisiis, millist väärtust fotoonika pakub ja milliseid asju fotoonikaettevõtted teevad? Kõige ilmsem rakendus on kiudoptiline side, mis on viimase 50 aasta jooksul kogu maailma kahanenud, ilma et oleks märgata arengu aeglustumist. Petabiti andmeedastuskiirus saavutati paar aastat tagasi, samas kui 2017. aastaks oli Corning tarninud enam kui miljard kilomeetrit kiudaineid. Aastaks 2035 võimaldavad satelliidisisesed laserid madalal Maa orbiidil asuvatel satelliitide tähtkujudel rutiinselt pakkuda kiiret Interneti-ühendust kogu maailmas isegi kõige kaugematesse kohtadesse.
Tootmises võimaldab fotoonika materjalide, eriti metallide, digitaalset lõikamist, liitmist, märgistamist, tekstureerimist ja 3D-printimist. Tänu masinnägemisele aitab fotoonika aga kaasa automatiseeritud ja robotsüsteemidele, nagu laserlõikamine ja keevitamine. Tõepoolest, materjalide tööstuslik töötlemine moodustab umbes kolmandiku umbes 11 miljardi naela suurusest ülemaailmsest laserite turust.
Siis on "vertikaalne põllumajandus", kus põllukultuure kasvatatakse virnastatud kihtidena kontrollitud tingimustes. Spektraalselt optimeeritud valgusdioodid võivad optimeerida nii taimede kasvu kui vähendada taimede aurustumist, mis tähendab, et nad vajavad palju vähem vett kui õues kasvatamisel. Veriaalne põllumajandus välistab ka pestitsiidid.
Fotoonika on tohutult oluline, kuna see kasutab valgust kõigeks alates haiguste diagnoosimisest ja laserkirurgiast kuni telekommunikatsiooni ja täiustatud tootmiseni
Põhiteadus sõltub muidugi fotoonikast, olgu selleks siis osakeste kiirendid, teleskoobid või gravitatsioonilainete detektorid. Tõepoolest, üle poole kõigist Nobeli füüsikaauhindadest on välja antud viimase 25 aasta jooksul on olnud kas seotud avastustega fotoonikas või kasutanud fotoonikat tööriistana.
Ja ärge unustage kogu kvantarvutuse, side ja krüptograafia maailma, mis põhineb kas otseselt fotoonikul või vajab toimimiseks fotoonikat. See on tööstusharu, mis hakkab tõesti tuulduma. Londonis asuv ettevõte Orca, Mis võitis ettevõtluse alustamise auhinna 2020. aastal füüsikainstituudist pärit, müüs just oma esimese kvantarvuti Ühendkuningriigi kaitseministeeriumile.
Reaalse maailma eelised
Tänu ülitõhusatele fotogalvaanilistele päikesepatareidele aitab fotoonika maailmal jõuda nullini, samas kui täiustatud LIDAR – koos arvutisimulatsiooniga – võib tuuleparkide toodangut suurendada. PLG hinnangud näitavad, et fotoonika suurendab uute ja olemasolevate tuuleturbiinide efektiivsust 1.5–2%. Väikeste lisakuludega annab see 15. aastaks ülemaailmselt täiendava 2035 GW tootmisvõimsuse – säästes rohkem kui 100 miljardit naela (umbes võrdne viiele Hinkley Point C tuumaelektrijaamale).
Valgus on oluline ka meditsiinis. Seal on laserkorrigeerivad silmaoperatsioonid, samas kui tänapäeval kasutavad isegi optikud suurel hulgal fotoonikatööriistu. Hiljuti minu kohalikus Specsaversi filiaalis tehtud silmatesti ajal vestlesin oma optikuga, kes ei paistnud palju teadvat kasutatava optilise koherentsustomograafia (OCT) süsteemi taga olevast füüsikast, kuid oli piltidest vaimustuses. ta võis näha. Pildistades silma tagaosa erinevatel sügavustel, saavad optikud kasutada ÜMT-sid, et tuvastada ohutult mitmesuguseid tervise- ja nägemisprobleeme, sageli enne, kui need on muutunud tõsiseks.
Optiline kiud, optilised võimendid ja aatomkellaga jälgitavad ajatemplid on kõik Ühendkuningriigi leiutised. Ühendkuningriigis tehakse teerajajaks turvaline kvantside. Tegelikult ma ütleksin, et Suurbritannial on ainulaadne positsioon, et olla järgmise turvalise ja usaldusväärse telekommunikatsiooni revolutsiooni keskmes 5G- ja 6G-võrkudes – ja kaugemalgi. PLG sõnul on Ühendkuningriik 2035. aastaks taas ülemaailmne kriitilise side infrastruktuuri pakkuja.
Võin vaid öelda, et kui te fotoonikast veel ei teadnud, siis loodan, et teate nüüd.
