James McKenzie verwondert zich over de wonderen van fotonica, die zoveel belangrijker is voor het dagelijks leven dan het op het eerste gezicht lijkt
Welke industrie heeft in het VK twee keer zoveel mensen in dienst als de farmaceutische sector en meer dan de ruimtevaart- of "fintech"-sector? Het antwoord is fotonica, volgens de Leiderschapsgroep fotonica (PLG) – een brancheorganisatie die meer dan 120 leden in het veld vertegenwoordigt. De afgelopen jaren heeft het alle talloze toepassingen van optische technologieën of fotonica gevolgd en verzameld. Dat is geen gemakkelijke taak, aangezien de meeste afkomstig zijn uit honderden kleine en middelgrote ondernemingen.
Volgens de PLG's Britse fotonica 2035 rapport, werken ongeveer 76 mensen in de fotonica-industrie in 000 bedrijven in alle Britse regio's, die elk jaar £ 1200 miljard aan omzet genereren. Met een bruto toegevoegde waarde aan de economie van £ 14.5 per werknemer, is fotonica de vijfde meest productieve productiesector in het VK, aldus het rapport. Britse universiteiten, zo beweert het, zijn wereldleiders in het veld, met ongeveer 85% van de wereldwijde publicaties in fotonica afkomstig uit het VK.
Bovendien schat de PLG dat fotonica een industrie van £ 50 miljard voor het VK kan worden en tegen 100 nog eens 000 directe banen kan opleveren. zoals energie, gezondheidszorg en schoon transport naast investeerders uit de particuliere sector”, zegt PLG-topman John Lincoln. De groep schat zelfs dat ongeveer 2035% van de Britse economie in de toekomst rechtstreeks afhankelijk zal zijn van fotonica.
De PLG heeft geweldig werk geleverd door het bewustzijn van fotonica te vergroten en haar leden te vertegenwoordigen - van wie velen op zichzelf niet groot genoeg zijn om regeringen en investeerders te beïnvloeden zoals grote farmaceutische en defensiebedrijven dat kunnen. Maar fotonica is enorm belangrijk en gebruikt het licht voor alles, van ziektediagnose en laserchirurgie tot telecommunicatie en geavanceerde productie. Fotonica is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat producten en diensten waarde leveren aan consumenten en de industrie.
Volgens de Het Photonics21-netwerk van de EU, was de wereldmarkt voor fotonica in 650 € 2020 miljard waard, maar het zijn de dingen die fotonica mogelijk maakt wanneer ze worden gecombineerd tot producten die verbazingwekkend zijn. Denk aan de CCD's en lenzen in smartphones of de manier waarop optische sensoren, cameratechnologie en LIDAR autonome voertuigen mogelijk maken. Een rapport van de SPIE in 2020 schat dat het soort markten dat fotonica mogelijk maakt wereldwijd een duizelingwekkende $ 2 biljoen is.
De kracht van licht
Dus, wat voor waarde levert fotonica op en wat doen fotonicabedrijven? De meest voor de hand liggende toepassing is glasvezelcommunicatie, die de wereld de afgelopen 50 jaar heeft gekrompen, zonder tekenen van vertraging. Petabit-datasnelheden werden een paar jaar geleden bereikt, terwijl Corning in 2017 meer dan een miljard kilometer glasvezel had verzonden. Tegen 2035 zullen intra-satellietlasers het routinematig mogelijk maken dat satellietconstellaties met een lage baan om de aarde supersnel internet over de hele wereld kunnen leveren, zelfs op de meest afgelegen locaties.
In de productie maakt fotonica het digitaal snijden, verbinden, markeren, textureren en 3D-printen van materialen, met name metalen, mogelijk. Dankzij machine vision draagt fotonica ondertussen bij aan geautomatiseerde en robotsystemen zoals lasersnijden en lassen. Inderdaad, de industriële verwerking van materialen is goed voor ongeveer een derde van de ongeveer £ 11 miljard wereldwijde markt voor lasers.
Dan is er nog 'vertical farming', waarbij gewassen onder gecontroleerde omstandigheden in gestapelde lagen worden geteeld. Spectraal geoptimaliseerde lichtgevende diodes kunnen zowel de plantengroei als verminderen de verdamping van de planten, wat betekent dat ze veel minder water nodig hebben dan wanneer ze buiten worden gekweekt. Verical farming elimineert ook pesticiden.
Fotonica is enorm belangrijk en gebruikt het licht voor alles, van ziektediagnose en laserchirurgie tot telecommunicatie en geavanceerde productie
Fundamentele wetenschap hangt natuurlijk af van fotonica, of het nu gaat om deeltjesversnellers, telescopen of zwaartekrachtgolfdetectoren. Sterker nog, meer dan de helft van alle Nobelprijzen voor natuurkunde wordt toegekend in de laatste 25-jaren zijn ofwel gerelateerd aan ontdekkingen in fotonica of hebben fotonica als hulpmiddel gebruikt.
En vergeet de hele wereld van kwantumcomputing, communicatie en cryptografie niet, die of direct gebaseerd is op fotonica of fotonica nodig heeft om te functioneren. Het is een branche die echt op gang begint te komen. Het in Londen gevestigde bedrijf Orca, welke een startersprijs gewonnen van het Institute of Physics in 2020, heeft zojuist zijn eerste kwantumcomputer verkocht aan het Britse Ministerie van Defensie.
Voordelen uit de echte wereld
Fotonica helpt de wereld ook om netto nul te bereiken dankzij zeer efficiënte fotovoltaïsche zonnecellen, terwijl geavanceerde LIDAR - gecombineerd met computersimulatie - de output van windparken kan verhogen. Schattingen van PLG suggereren dat fotonica de efficiëntie van nieuwe en bestaande windturbines met 1.5 à 2% zal verhogen. Met weinig extra kosten zal dit tegen 15 wereldwijd zorgen voor een extra opwekkingscapaciteit van 2035 GW - een besparing van meer dan £ 100 miljard (ongeveer gelijk aan vijf kerncentrales van Hinkley Point C).
Ook in de geneeskunde is licht van vitaal belang. Er is lasercorrectie-oogchirurgie, terwijl zelfs high-street opticiens tegenwoordig een breed scala aan fotonica-tools gebruiken. Tijdens een recente oogtest bij mijn plaatselijke Specsavers-vestiging raakte ik aan de praat met mijn opticien, die niet veel leek te weten over de fysica achter het optische coherentietomografiesysteem (OCT) dat hij gebruikte, maar werd weggeblazen door de beelden hij kon zien. Door de achterkant van het oog op verschillende diepten af te beelden, kunnen opticiens OCT's gebruiken om veilig een reeks gezondheidsproblemen en zichtproblemen op te sporen, vaak voordat ze ernstig worden.
Glasvezel, optische versterkers en traceerbare tijdstempels met atoomklok zijn allemaal Britse uitvindingen. In het VK wordt gepionierd met veilige kwantumcommunicatie. Ik zou zelfs zeggen dat Groot-Brittannië in een unieke positie verkeert om de kern te vormen van de volgende veilige, vertrouwde telecomrevolutie in 5G- en 6G-netwerken – en daarbuiten. Volgens de PLG zal het VK tegen 2035 opnieuw een wereldwijde leverancier van kritieke communicatie-infrastructuur zijn.
Alles wat ik kan zeggen is dat als je nog niets wist over fotonica, ik hoop dat je dat nu wel weet.
