James McKenzie undrer seg over fotonikkens underverk, som er så mye mer avgjørende for hverdagen enn det først ser ut til
Hvilken industri sysselsetter dobbelt så mange mennesker i Storbritannia som legemidler og mer enn enten romfarts- eller "fintech"-sektoren? Svaret er fotonikk, ifølge Fotonikk ledergruppe (PLG) – en bransjeforening som representerer mer enn 120 medlemmer i feltet. De siste årene har den sporet og samlet alle de utallige bruksområdene til optisk teknologi eller fotonikk. Det er ingen enkel oppgave gitt at de fleste kommer fra hundrevis av små og mellomstore bedrifter.
I følge PLGs UK Photonics 2035 rapport er rundt 76 000 mennesker ansatt i fotonikkindustrien i 1200 firmaer i alle regioner i Storbritannia, og genererer 14.5 milliarder pund i omsetning hvert år. Med en brutto verdiøkning til økonomien på £85 000 per ansatt, er fotonikk den femte mest produktive produksjonssektoren i Storbritannia, heter det i rapporten. Britiske universiteter, hevder det, er globale ledere på feltet, med rundt 20 % av globale publikasjoner innen fotonikk med opprinnelse i Storbritannia.
Dessuten regner PLG med at fotonikk kan bli en industri på 50 milliarder pund for Storbritannia og generere ytterligere 100 000 direkte arbeidsplasser innen 2035. "Det er mye mer som skal skje hvis den britiske regjeringen investerer i viktige transformative teknologier innen fotonikk i viktige vertikale markeder. som energi, helsevesen og ren transport sammen med investorer i privat sektor, sier administrerende direktør i PLG John Lincoln. Faktisk anslår gruppen at omtrent 60 % av den britiske økonomien vil være direkte avhengig av fotonikk i fremtiden.
PLG har gjort en god jobb med å øke bevisstheten om fotonikk og representere medlemmene – mange av dem er ikke store nok alene til å påvirke regjeringer og investorer på samme måte som store farmasøytiske og forsvarsfirmaer kan. Men fotonikk er enormt viktig, og utnytter lyset til alt fra sykdomsdiagnostikk og laserkirurgi til telekommunikasjon og avansert produksjon. Fotonikk er avgjørende for å få produkter og tjenester til å levere verdi til forbrukere og industri.
Ifølge EUs Photonics21-nettverk, var det globale markedet for fotonikk verdt 650 milliarder euro i 2020, men det er de tingene fotonikk muliggjør når de kombineres til produkter som er fantastiske. Tenk på CCD-ene og linsene i smarttelefoner eller måten optiske sensorer, kamerateknologi og LIDAR muliggjør autonome kjøretøyer på. En rapport fra SPIE i 2020 anslår hva slags markeder fotonikk muliggjør er virkelig svimlende 2 billioner dollar globalt.
Lysets kraft
Så, hva slags verdi gir fotonikk og hva slags ting gjør fotonikkfirmaer? Den mest åpenbare applikasjonen er optisk fiberkommunikasjon, som har krympet verden i løpet av de siste 50 årene, uten tegn til at fremgangen avtar. Petabit-datahastigheter ble oppnådd for noen år siden, mens Corning i 2017 hadde sendt mer enn en milliard kilometer med fiber. Innen 2035 vil intra-satellittlasere rutinemessig tillate satellittkonstellasjoner med lav bane rundt jorden å levere høyhastighetsinternett over hele kloden til selv de fjerneste stedene.
I produksjon tillater fotonikk digital kutting, sammenføyning, merking, teksturering og 3D-utskrift av materialer, spesielt metaller. Takket være maskinsyn bidrar fotonikk til automatiserte og robotsystemer som laserskjæring og sveising. Faktisk utgjør industriell prosessering av materialer omtrent en tredjedel av det globale markedet for lasere på rundt 11 milliarder pund.
Så er det "vertikalt jordbruk", der avlinger dyrkes i stablede lag under kontrollerte forhold. Spektralt optimaliserte lysemitterende dioder kan både optimere plantevekst og redusere fordampning fra plantene, noe som betyr at de krever mye mindre vann enn om de dyrkes utendørs. Verisk jordbruk eliminerer også plantevernmidler.
Fotonikk er enormt viktig, og utnytter lyset for alt fra sykdomsdiagnostikk og laserkirurgi til telekommunikasjon og avansert produksjon
Grunnleggende vitenskap avhenger selvfølgelig av fotonikk, enten det er partikkelakseleratorer, teleskoper eller gravitasjonsbølgedetektorer. Faktisk, over halvparten av alle nobelprisene i fysikk tildelt i de siste 25 årene enten vært relatert til oppdagelser innen fotonikk eller brukt fotonikk som verktøy.
Og ikke glem hele verden av kvantedatabehandling, kommunikasjon og kryptografi, som enten er direkte basert på fotonikk eller krever at fotonikk fungerer. Det er en bransje som virkelig begynner å ta av. Det London-baserte firmaet Orca, Som vunnet en bedriftsetableringspris fra Institute of Physics i 2020, har nettopp solgt sin første kvantedatamaskin til det britiske forsvarsdepartementet.
Virkelige fordeler
Photonics hjelper også verden med å nå netto-null takket være svært effektive solceller, mens avansert LIDAR – kombinert med datasimulering – kan øke ytelsen til vindparker. Estimater fra PLG antyder at fotonikk vil øke effektiviteten til nye og eksisterende vindturbiner med 1.5–2 %. Med små tilleggskostnader vil dette gi en ytterligere 15 GW generasjonskapasitet globalt innen 2035 – sparer mer enn £100 milliarder (omtrent tilsvarende fem Hinkley Point C atomkraftverk).
Lys er også viktig i medisin. Det er laserkorrigerende øyekirurgi, mens selv gateoptikere i disse dager bruker et stort utvalg fotonikkverktøy. Under en nylig synsprøve hos min lokale avdeling av Specsavers, fikk jeg en prat med optikeren min, som ikke så ut til å kunne mye om fysikken bak OCT-systemet (Optical Coherence Tomography) han brukte, men ble imponert over bildene. han kunne se. Ved å avbilde baksiden av øyet på forskjellige dyp, kan optikere bruke OCT til å oppdage en rekke helse- og synsproblemer, ofte før de har blitt alvorlige.
Optisk fiber, optiske forsterkere og atomklokke sporbare tidsstempler er alle britiske oppfinnelser. Sikker kvantekommunikasjon blir banebrytende i Storbritannia. Faktisk vil jeg si at Storbritannia er unikt posisjonert til å være kjernen i den neste sikre pålitelige telekommunikasjonsrevolusjonen i 5G- og 6G-nettverk – og videre. I følge PLG vil Storbritannia innen 2035 igjen være en global leverandør av kritisk kommunikasjonsinfrastruktur.
Alt jeg kan si er at hvis du ikke visste om fotonikk allerede, håper jeg du gjør det nå.
