Джеймс Маккензи восхищается чудесами фотоники, которая гораздо важнее в повседневной жизни, чем кажется на первый взгляд
В какой отрасли Великобритании занято в два раза больше людей, чем в фармацевтике, и больше, чем в космическом или финтех-секторе? Ответ — фотоника, согласно Группа лидеров фотоники (PLG) – торговая ассоциация, представляющая более 120 членов в этой области. В течение последних нескольких лет он отслеживал и сопоставлял все бесчисленное множество приложений оптических технологий или фотоники. Это непростая задача, учитывая, что большинство из них возникают из сотен малых и средних предприятий.
По данным PLG Великобритания Фотоника 2035 В отчете говорится, что около 76 000 человек работают в индустрии фотоники в 1200 фирмах во всех регионах Великобритании, генерируя годовой оборот в размере 14.5 млрд фунтов стерлингов. В отчете говорится, что с валовой добавленной стоимостью в экономику в размере 85 000 фунтов стерлингов на одного работника фотоника является пятым по производительности производственным сектором Великобритании. Он утверждает, что британские университеты являются мировыми лидерами в этой области: около 20% мировых публикаций по фотонике происходят из Великобритании.
Более того, PLG считает, что фотоника может стать для Великобритании отраслью с оборотом в 50 миллиардов фунтов стерлингов и к 100 году создать дополнительно 000 2035 рабочих мест. такие как энергетика, здравоохранение и экологически чистый транспорт, а также частные инвесторы», — говорит исполнительный директор PLG Джон Линкольн. Действительно, по оценкам группы, около 60% экономики Великобритании в будущем будут напрямую зависеть от фотоники.
PLG проделала огромную работу, повышая осведомленность о фотонике и представляя своих членов, многие из которых сами по себе недостаточно велики, чтобы влиять на правительства и инвесторов так, как это могут делать крупные фармацевтические и оборонные фирмы. Но фотоника чрезвычайно важна, поскольку она использует свет для всего: от диагностики заболеваний и лазерной хирургии до телекоммуникаций и передового производства. Фотоника имеет решающее значение для того, чтобы продукты и услуги приносили пользу потребителям и промышленности.
Согласно Сеть Photonics21 ЕС, мировой рынок фотоники в 650 году оценивался в 2020 миллиардов евро, но удивительны те вещи, которые фотоника позволяет создавать в продуктах. Подумайте о ПЗС-матрицах и линзах в смартфонах или о том, как оптические датчики, технологии камер и лидары позволяют автономным транспортным средствам. Согласно отчету SPIE за 2020 год, объем рынков, которые открывает фотоника, составляет поистине ошеломляющие 2 триллиона долларов по всему миру.
Сила света
Итак, какую ценность создает фотоника и чем занимаются фирмы, занимающиеся фотоникой? Наиболее очевидным применением является волоконно-оптическая связь, которая сократила мир за последние 50 лет, и нет никаких признаков замедления прогресса. Петабитные скорости передачи данных были достигнуты несколько лет назад, а к 2017 году Corning поставила более миллиарда километров оптоволокна. К 2035 году внутриспутниковые лазеры позволят созвездиям спутников на низкой околоземной орбите обеспечивать высокоскоростной доступ в Интернет по всему миру даже в самые отдаленные места.
В производстве фотоника позволяет выполнять цифровую резку, соединение, маркировку, текстурирование и 3D-печать материалов, особенно металлов. Между тем благодаря машинному зрению фотоника вносит свой вклад в автоматизированные и роботизированные системы, такие как лазерная резка и сварка. Действительно, на промышленную обработку материалов приходится около трети глобального рынка лазеров, который оценивается примерно в 11 миллиардов фунтов стерлингов.
Кроме того, существует «вертикальное земледелие», при котором культуры выращиваются уложенными друг на друга слоями в контролируемых условиях. Спектрально оптимизированные светодиоды могут оптимизировать как рост растений, так и уменьшить испарение от растений, а это означает, что им требуется гораздо меньше воды, чем при выращивании на открытом воздухе. Вертикальное земледелие также исключает использование пестицидов.
Фотоника имеет огромное значение, поскольку она использует свет во всем: от диагностики заболеваний и лазерной хирургии до телекоммуникаций и передового производства.
Фундаментальная наука, конечно, зависит от фотоники, будь то ускорители частиц, телескопы или детекторы гравитационных волн. Действительно, более половины всех Нобелевских премий по физике присуждается в последние годы 25 были либо связаны с открытиями в области фотоники, либо использовали фотонику в качестве инструмента.
И не забывайте весь мир квантовых вычислений, коммуникаций и криптографии, которые либо напрямую основаны на фотонике, либо требуют фотоники для своего функционирования. Это индустрия, которая действительно начинает набирать обороты. Лондонская фирма Orca, который выиграл награду за открытие бизнеса из Института физики в 2020 году, только что продала свой первый квантовый компьютер Министерству обороны Великобритании.
Реальные преимущества
Фотоника также помогает миру достичь нуля благодаря высокоэффективным фотоэлектрическим солнечным элементам, а усовершенствованный лидар в сочетании с компьютерным моделированием может увеличить производительность ветряных электростанций. По оценкам PLG, фотоника повысит эффективность новых и существующих ветряных турбин на 1.5–2%. С небольшими дополнительными затратами это обеспечит к 15 году дополнительные 2035 ГВт генерирующих мощностей во всем мире, что позволит сэкономить более 100 млрд фунтов стерлингов (примерно эквивалентно пяти атомным электростанциям Hinkley Point C).
Свет жизненно важен и в медицине. Есть лазерная коррекция зрения, а в наши дни даже крупные оптики используют широкий спектр инструментов фотоники. Во время недавней проверки зрения в моем местном отделении Specsavers я поболтал со своим офтальмологом, который, похоже, мало что знал о физике системы оптической когерентной томографии (ОКТ), которую он использовал, но был поражен изображениями. он мог видеть. Визуализируя заднюю часть глаза на разной глубине, офтальмологи могут использовать ОКТ для безопасного выявления ряда проблем со здоровьем и зрением, часто до того, как они станут серьезными.
Оптическое волокно, оптические усилители и временные метки, отслеживаемые атомными часами, — все это британские изобретения. Защищенные квантовые коммуникации впервые внедряются в Великобритании. На самом деле, я бы сказал, что Великобритания обладает уникальными возможностями для того, чтобы оказаться в центре следующей революции в области безопасных и надежных телекоммуникаций в сетях 5G и 6G — и не только. По данным PLG, к 2035 году Великобритания снова станет глобальным поставщиком критически важной коммуникационной инфраструктуры.
Все, что я могу сказать, это то, что если вы еще не знали о фотонике, я надеюсь, что теперь вы знаете.
