James McKenzie ihmettelee fotoniikan ihmeitä, joka on niin paljon tärkeämpää jokapäiväisessä elämässä kuin miltä se aluksi näyttää
Mikä ala työllistää Yhdistyneessä kuningaskunnassa kaksi kertaa enemmän ihmisiä kuin lääketeollisuus ja enemmän kuin avaruus- tai "fintech"-sektori? Vastaus on fotoniikka, mukaan Photonics Leadership Group (PLG) – toimialajärjestö, joka edustaa yli 120 alan jäsentä. Muutaman viime vuoden ajan se on seurannut ja kokoanut kaikkia optisten tekniikoiden tai fotoniikan lukuisia sovelluksia. Se ei ole helppo tehtävä, koska suurin osa niistä syntyy sadoista pienistä ja keskisuurista yrityksistä.
PLG:n mukaan UK Photonics 2035 Raportin mukaan fotoniikkateollisuudessa työskentelee noin 76 000 ihmistä 1200 14.5 yrityksessä kaikilla Yhdistyneen kuningaskunnan alueilla, mikä tuottaa vuosittain 85 miljardin punnan liikevaihdon. Raportin mukaan fotoniikka tuottaa talouteen bruttoarvonlisäyksen 000 20 puntaa työntekijää kohden. Brittiläiset yliopistot ovat alan johtajia maailmanlaajuisesti, sillä noin XNUMX prosenttia maailmanlaajuisista fotoniikkajulkaisuista on peräisin Yhdistyneestä kuningaskunnasta.
Lisäksi PLG arvioi, että fotoniikasta voi tulla 50 miljardin punnan arvoinen teollisuus Yhdistyneelle kuningaskunnalle ja luoda 100 000 suoraa lisätyöpaikkaa vuoteen 2035 mennessä. "On paljon enemmän luvassa, jos Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus investoi fotoniikan tärkeimpiin transformatiivisiin teknologioihin tärkeillä vertikaalisilla markkinoilla. kuten energia, terveydenhuolto ja puhdas liikenne yksityisen sektorin sijoittajien rinnalla”, sanoo PLG:n toimitusjohtaja John Lincoln. Itse asiassa ryhmä arvioi, että noin 60 prosenttia Yhdistyneen kuningaskunnan taloudesta on tulevaisuudessa suoraan riippuvainen fotoniikasta.
PLG on tehnyt hienoa työtä lisätäkseen tietoisuutta fotoniikasta ja edustaakseen jäseniään – joista monet eivät ole tarpeeksi suuria yksinään vaikuttamaan hallituksiin ja sijoittajiin suuret lääke- ja puolustusalan yritykset. Mutta fotoniikka on erittäin tärkeä, sillä se hyödyntää valoa kaikkeen sairauksien diagnosoinnista ja laserleikkauksesta televiestintään ja edistyneeseen tuotantoon. Fotoniikka on ratkaisevan tärkeää, jotta tuotteet ja palvelut tuottavat lisäarvoa kuluttajille ja teollisuudelle.
Mukaan EU:n Photonics21-verkosto, maailman fotoniikan markkinoiden arvo oli 650 miljardia euroa vuonna 2020, mutta ne asiat, jotka fotoniikka mahdollistaa yhdistettäessä tuotteiksi, on hämmästyttävää. Ajattele älypuhelimien CCD:itä ja linssejä tai tapaa, jolla optiset anturit, kameratekniikka ja LIDAR mahdollistavat autonomiset ajoneuvot. SPIE:n vuonna 2020 julkaiseman raportin mukaan fotoniikan mahdollistamat markkinat ovat maailmanlaajuisesti huikeat 2 biljoonaa dollaria.
Valon voima
Joten millaista arvoa fotoniikka tarjoaa ja minkälaisia asioita fotoniikkayritykset tekevät? Ilmeisin sovellus on optinen kuituviestintä, joka on kutistunut viimeisten 50 vuoden aikana ilman merkkejä kehityksen hidastumisesta. Petabit-tiedonsiirtonopeudet saavutettiin muutama vuosi sitten, kun taas vuoteen 2017 mennessä Corning oli toimittanut yli miljardi kilometriä kuitua. Vuoteen 2035 mennessä satelliitin sisäiset laserit antavat rutiininomaisesti mahdollisuuden matalan Maan kiertoradan satelliittien toimittamiseen nopean internetin kautta maailman jopa syrjäisimpiin paikkoihin.
Valmistuksessa fotoniikka mahdollistaa materiaalien, erityisesti metallien, digitaalisen leikkaamisen, liittämisen, merkitsemisen, teksturoinnin ja 3D-tulostuksen. Konenäön ansiosta fotoniikka puolestaan edistää automatisoituja ja robottijärjestelmiä, kuten laserleikkausta ja hitsausta. Itse asiassa materiaalien teollinen käsittely muodostaa noin kolmanneksen noin 11 miljardin punnan arvoisista maailmanlaajuisista lasermarkkinoista.
Sitten on "pystyviljely", jossa kasveja kasvatetaan pinotuissa kerroksissa valvotuissa olosuhteissa. Spektrisesti optimoidut valodiodit voivat sekä optimoida kasvien kasvua että vähentää haihtumista kasveista, mikä tarkoittaa, että ne tarvitsevat paljon vähemmän vettä kuin ulkona kasvatettuina. Verical viljely poistaa myös torjunta-aineet.
Fotoniikka on äärimmäisen tärkeää, sillä se hyödyntää valoa kaikkeen sairauksien diagnosoinnista ja laserleikkauksesta televiestintään ja edistyneeseen tuotantoon.
Perustiede riippuu tietysti fotoniikasta, olipa kyse sitten hiukkaskiihdyttimistä, kaukoputkista tai gravitaatioaaltoilmaisimista. Itse asiassa yli puolet kaikista fysiikan Nobel-palkinnoista myönnetään viimeisen 25 vuoden aikana ovat joko liittyneet fotoniikan löytöihin tai käyttäneet fotoniikkaa työkaluna.
Älä myöskään unohda koko kvanttilaskennan, viestinnän ja kryptografian maailmaa, joka perustuu joko suoraan fotoniikkaan tai vaatii fotoniikkaa toimiakseen. Se on ala, joka todella alkaa nousta. Lontoossa sijaitseva yritys Orca, Joka voitti yrityksen perustamispalkinnon Institute of Physics vuonna 2020, on juuri myynyt ensimmäisen kvanttitietokoneensa Ison-Britannian puolustusministeriölle.
Reaalimaailman edut
Fotoniikka auttaa myös maailmaa saavuttamaan nettonollan erittäin tehokkaiden aurinkokennojen ansiosta, kun taas edistynyt LIDAR – yhdistettynä tietokonesimulaatioon – voi lisätä tuulipuistojen tuotantoa. PLG:n arvioiden mukaan fotoniikka lisää uusien ja olemassa olevien tuuliturbiinien hyötysuhdetta 1.5–2 %. Pienillä lisäkustannuksilla tämä tarjoaa 15 GW:n lisätuotantokapasiteetin maailmanlaajuisesti vuoteen 2035 mennessä, mikä säästää yli 100 miljardia puntaa (joka vastaa suunnilleen viittä Hinkley Point C -ydinvoimalaa).
Valo on elintärkeää myös lääketieteessä. On olemassa laserkorjaavaa silmäkirurgiaa, kun taas jopa korkean kadun optikot käyttävät nykyään laajaa valikoimaa fotoniikkatyökaluja. Äskettäin Specsaversin paikallisessa haaratoimistossani tekemässäni näöntestissä juttelin optikkoni kanssa, joka ei näyttänyt tietävän paljoakaan käyttämänsä optisen koherenssitomografiajärjestelmän (OCT) taustalla olevasta fysiikasta, mutta oli hämmästynyt kuvista. hän saattoi nähdä. Kuvaamalla silmän takaosaa eri syvyyksillä optikot voivat käyttää MMA:ita havaitakseen turvallisesti erilaisia terveys- ja näköongelmia, usein ennen kuin niistä on tullut vakavia.
Valokuitu, optiset vahvistimet ja atomikellojen jäljitettävät aikaleimat ovat kaikki Yhdistyneen kuningaskunnan keksintöjä. Suojattua kvanttiviestintää ollaan edelläkävijänä Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Itse asiassa sanoisin, että Britannialla on ainutlaatuinen asema olla seuraavan turvallisen luotetun televiestinnän vallankumouksen ytimessä 5G- ja 6G-verkoissa – ja sen jälkeen. PLG:n mukaan Iso-Britannia on vuoteen 2035 mennessä jälleen kriittisen viestintäinfrastruktuurin globaali toimittaja.
Voin vain sanoa, että jos et vielä tiennyt fotoniikasta, toivottavasti tiedät nyt.
