Jamesa McKenziego zachwyca się cudami fotoniki, która jest o wiele ważniejsza w codziennym życiu, niż się wydaje
Która branża zatrudnia w Wielkiej Brytanii dwa razy więcej osób niż branża farmaceutyczna i więcej niż sektor kosmiczny lub „fintech”? Odpowiedzią jest fotonika, według Grupa Liderów Fotoniki (PLG) – stowarzyszenie branżowe reprezentujące ponad 120 członków w tej dziedzinie. Od kilku lat śledzi i zestawia wszystkie niezliczone zastosowania technologii optycznych lub fotoniki. Nie jest to łatwe zadanie, biorąc pod uwagę, że większość z nich wywodzi się z setek małych i średnich przedsiębiorstw.
Według PLG Brytyjska fotonika 2035 Według raportu około 76 000 osób jest zatrudnionych w branży fotonicznej w 1200 firmach we wszystkich regionach Wielkiej Brytanii, generując rocznie 14.5 mld funtów obrotu. Z wartością dodaną brutto dla gospodarki wynoszącą 85 000 funtów na pracownika, fotonika jest piątym najbardziej produktywnym sektorem wytwórczym w Wielkiej Brytanii, czytamy w raporcie. Twierdzi, że brytyjskie uniwersytety są światowymi liderami w tej dziedzinie, a około 20% światowych publikacji poświęconych fotonice pochodzi z Wielkiej Brytanii.
Co więcej, PLG uważa, że fotonika może stać się przemysłem o wartości 50 miliardów funtów dla Wielkiej Brytanii i wygenerować dodatkowe 100 000 bezpośrednich miejsc pracy do 2035 roku. „Jest o wiele więcej do zrobienia, jeśli rząd Wielkiej Brytanii zainwestuje w kluczowe technologie transformacyjne w fotonice na kluczowych rynkach pionowych. jak energia, opieka zdrowotna i czysty transport wraz z inwestorami z sektora prywatnego” — mówi John Lincoln, dyrektor generalny PLG. Grupa szacuje, że w przyszłości około 60% gospodarki Wielkiej Brytanii będzie bezpośrednio uzależnione od fotoniki.
PLG wykonuje świetną robotę, podnosząc świadomość na temat fotoniki i reprezentując swoich członków – z których wielu nie jest wystarczająco dużych, aby samodzielnie wpływać na rządy i inwestorów w sposób, w jaki mogą to robić duże firmy farmaceutyczne i obronne. Ale fotonika jest niezwykle ważna, ponieważ wykorzystuje światło do wszystkiego, od diagnozowania chorób i chirurgii laserowej po telekomunikację i zaawansowaną produkcję. Fotonika ma kluczowe znaczenie dla tego, aby produkty i usługi dostarczały wartości konsumentom i przemysłowi.
Według Europejska sieć Photonics21światowy rynek fotoniki był wart 650 miliardów euro w 2020 roku, ale to rzeczy, które umożliwia fotonika w połączeniu z produktami, są niesamowite. Pomyśl o matrycach CCD i obiektywach w smartfonach lub o sposobie, w jaki czujniki optyczne, technologia kamer i LIDAR umożliwiają autonomiczne pojazdy. Raport SPIE z 2020 r. szacuje, że rynki, na które pozwala fotonika, to naprawdę oszałamiające 2 biliony dolarów na całym świecie.
Moc światła
Jakiego rodzaju wartość zapewnia fotonika i jakie rodzaje rzeczy robią firmy fotoniczne? Najbardziej oczywistym zastosowaniem jest komunikacja światłowodowa, która skurczyła świat w ciągu ostatnich 50 lat i nie widać oznak spowolnienia postępu. Parę lat temu osiągnięto szybkości transmisji petabitów, a do 2017 roku Corning dostarczył ponad miliard kilometrów światłowodów. Do 2035 roku lasery wewnątrzsatelitarne będą rutynowo umożliwiać konstelacjom satelitów o niskiej orbicie okołoziemskiej dostarczanie szybkiego internetu na całym świecie, nawet do najbardziej odległych miejsc.
W produkcji fotonika umożliwia cyfrowe cięcie, łączenie, znakowanie, teksturowanie i drukowanie 3D materiałów, zwłaszcza metali. Tymczasem dzięki widzeniu maszynowemu fotonika przyczynia się do zautomatyzowanych i zrobotyzowanych systemów, takich jak cięcie laserowe i spawanie. Rzeczywiście, przemysłowa obróbka materiałów stanowi około jednej trzeciej światowego rynku laserów o wartości około 11 miliardów funtów.
Następnie istnieje „rolnictwo wertykalne”, w którym rośliny są uprawiane w ułożonych w stos warstwach w kontrolowanych warunkach. Zoptymalizowane spektralnie diody elektroluminescencyjne mogą zarówno zoptymalizować wzrost roślin, jak i zmniejszają parowanie z roślin, co oznacza, że wymagają znacznie mniej wody niż w przypadku uprawy na zewnątrz. Rolnictwo pionowe eliminuje również pestycydy.
Fotonika jest niezwykle ważna, ponieważ wykorzystuje światło do wszystkiego, od diagnostyki chorób i chirurgii laserowej po telekomunikację i zaawansowaną produkcję
Nauka podstawowa oczywiście zależy od fotoniki, czy to akceleratorów cząstek, teleskopów czy detektorów fal grawitacyjnych. Rzeczywiście, przyznano ponad połowę wszystkich nagród Nobla z fizyki w ostatnich latach 25 były albo związane z odkryciami w fotonice, albo używały fotoniki jako narzędzia.
I nie zapominajmy o całym świecie obliczeń kwantowych, komunikacji i kryptografii, który albo jest bezpośrednio oparty na fotonice, albo wymaga fotoniki do działania. To branża, która naprawdę zaczyna się rozwijać. Firma z siedzibą w Londynie Orca, który zdobył nagrodę za rozpoczęcie działalności gospodarczej z Instytutu Fizyki w 2020 roku właśnie sprzedał swój pierwszy komputer kwantowy brytyjskiemu Ministerstwu Obrony.
Realne korzyści
Fotonika pomaga również światu osiągnąć zero netto dzięki wysoce wydajnym fotowoltaicznym ogniwom słonecznym, podczas gdy zaawansowany LIDAR – w połączeniu z symulacją komputerową – może zwiększyć wydajność farm wiatrowych. Szacunki PLG sugerują, że fotonika zwiększy wydajność nowych i istniejących turbin wiatrowych o 1.5–2%. Przy niewielkich dodatkowych kosztach zapewni to dodatkowe 15 GW zdolności wytwórczych na całym świecie do 2035 r. – oszczędzając ponad 100 miliardów funtów (w przybliżeniu równowartość pięciu elektrowni jądrowych Hinkley Point C).
Światło jest niezbędne także w medycynie. Istnieje laserowa korekcja wzroku, a nawet najlepsi optycy używają dziś szerokiej gamy narzędzi fotonicznych. Podczas niedawnego badania wzroku w moim lokalnym oddziale Specsavers rozmawiałem z moim optykiem, który nie wydawał się wiedzieć zbyt wiele o fizyce stojącej za systemem optycznej tomografii koherencyjnej (OCT), którego używał, ale był zachwycony obrazami on mógł zobaczyć. Obrazując tylną część oka na różnych głębokościach, optycy mogą używać OCT do bezpiecznego wykrywania szeregu problemów zdrowotnych i widzenia, często zanim staną się one poważne.
Światłowody, wzmacniacze optyczne i identyfikowalne znaczniki czasu zegara atomowego to wynalazki Wielkiej Brytanii. Bezpieczna komunikacja kwantowa jest pionierem w Wielkiej Brytanii. W rzeczywistości powiedziałbym, że Wielka Brytania ma wyjątkową pozycję, aby stać się rdzeniem kolejnej bezpiecznej, zaufanej rewolucji telekomunikacyjnej w sieciach 5G i 6G – i nie tylko. Według PLG do 2035 r. Wielka Brytania znów będzie globalnym dostawcą krytycznej infrastruktury komunikacyjnej.
Mogę tylko powiedzieć, że jeśli jeszcze nie wiedziałeś o fotonice, mam nadzieję, że teraz już wiesz.
