James McKenzie förundras över fotonikens underverk, som är så mycket mer avgörande för vardagen än det först verkar
Vilken bransch sysselsätter dubbelt så många människor i Storbritannien som läkemedel och fler än antingen rymd- eller "fintech"-sektorerna? Svaret är fotonik, enligt Ledarskapsgrupp för fotonik (PLG) – en branschorganisation som representerar mer än 120 medlemmar inom området. Under de senaste åren har den spårat och sammanställt alla de otaliga tillämpningarna av optisk teknik eller fotonik. Det är ingen lätt uppgift med tanke på att de flesta kommer från hundratals små och medelstora företag.
Enligt PLG:s UK Photonics 2035 Enligt rapporten är cirka 76 000 personer anställda i fotonikindustrin i 1200 företag i alla regioner i Storbritannien, vilket genererar 14.5 miljarder pund i omsättning varje år. Med ett bruttoförädlingsvärde till ekonomin på £85 000 per anställd är fotonik den femte mest produktiva brittiska tillverkningssektorn, säger rapporten. Brittiska universitet, hävdar det, är globalt ledande inom området, med cirka 20 % av globala publikationer inom fotonik härstammar från Storbritannien.
Dessutom räknar PLG med att fotonik kan bli en industri på 50 miljarder pund för Storbritannien och generera ytterligare 100 000 direkta jobb till 2035. "Det finns mycket mer att komma om den brittiska regeringen investerar i viktiga transformativa teknologier inom fotonik på viktiga vertikala marknader. som energi, hälsovård och rena transporter tillsammans med privata investerare, säger PLG:s vd John Lincoln. Faktum är att gruppen uppskattar att cirka 60 % av den brittiska ekonomin kommer att vara direkt beroende av fotonik i framtiden.
PLG har gjort ett fantastiskt jobb med att öka medvetenheten om fotonik och representera dess medlemmar – av vilka många inte är tillräckligt stora på egen hand för att påverka regeringar och investerare på det sätt som stora läkemedels- och försvarsföretag kan. Men fotonik är oerhört viktigt, och utnyttjar ljuset för allt från sjukdomsdiagnostik och laserkirurgi till telekommunikation och avancerad tillverkning. Fotonik är avgörande för att få produkter och tjänster att leverera värde till konsumenter och industri.
Enligt EU:s Photonics21-nätverk, den globala marknaden för fotonik var värd 650 miljarder euro 2020, men det är de saker som fotonik möjliggör när de kombineras till produkter som är fantastiska. Tänk på CCD:er och linser i smartphones eller hur optiska sensorer, kamerateknik och LIDAR möjliggör autonoma fordon. En rapport från SPIE 2020 uppskattar den typ av marknader som fotonik möjliggör är häpnadsväckande 2 biljoner dollar globalt.
Ljusets kraft
Så, vilken typ av värde ger fotonik och vad för slags saker gör fotonikföretag? Den mest uppenbara applikationen är kommunikation med optisk fiber, som har krympt världen under de senaste 50 åren, utan några tecken på att utvecklingen avtar. Petabit-datahastigheter uppnåddes för några år sedan, medan Corning 2017 hade skickat mer än en miljard kilometer fiber. År 2035 kommer intrasatellitlasrar rutinmässigt att tillåta satellitkonstellationer i låg omloppsbana om jorden att leverera höghastighetsinternet över hela världen till även de mest avlägsna platserna.
Inom tillverkning tillåter fotonik digital skärning, sammanfogning, märkning, texturering och 3D-utskrift av material, särskilt metaller. Tack vare maskinseende bidrar fotoniken till automatiserade system och robotsystem som laserskärning och svetsning. Den industriella bearbetningen av material står faktiskt för ungefär en tredjedel av den globala marknaden för lasrar på cirka 11 miljarder pund.
Sedan finns det "vertikalt jordbruk", där grödor odlas i staplade lager under kontrollerade förhållanden. Spektralt optimerade lysdioder kan både optimera växttillväxt och minska avdunstning från växterna, vilket innebär att de kräver mycket mindre vatten än om de odlas utomhus. Verikalt jordbruk eliminerar också bekämpningsmedel.
Fotonik är oerhört viktigt och utnyttjar ljuset för allt från sjukdomsdiagnostik och laserkirurgi till telekommunikation och avancerad tillverkning
Grundläggande vetenskap beror naturligtvis på fotonik, oavsett om det är partikelacceleratorer, teleskop eller gravitationsvågsdetektorer. Mer än hälften av alla Nobelpriser i fysik delas ut under de senaste 25 åren har antingen varit relaterade till upptäckter inom fotonik eller använt fotonik som verktyg.
Och glöm inte hela världen av kvantdatorer, kommunikation och kryptografi, som antingen är direkt baserad på fotonik eller kräver att fotonik ska fungera. Det är en bransch som verkligen börjar ta fart. Det Londonbaserade företaget Orca, Vilket vann ett företagsstartpris från Institute of Physics 2020, har precis sålt sin första kvantdator till det brittiska försvarsministeriet.
Verkliga fördelar
Photonics hjälper också världen att nå netto-noll tack vare högeffektiva solceller, medan avancerad LIDAR – i kombination med datorsimulering – kan öka vindkraftsparkernas produktion. Uppskattningar från PLG tyder på att fotonik kommer att öka effektiviteten hos nya och befintliga vindkraftverk med 1.5–2 %. Med liten extra kostnad kommer detta att ge ytterligare 15 GW globalt genererande kapacitet till 2035 – vilket sparar mer än £100 miljarder (ungefär motsvarande fem Hinkley Point C kärnkraftverk).
Ljus är också viktigt inom medicin. Det finns laserkorrigerande ögonkirurgi, medan till och med optiker på gata idag använder ett brett spektrum av fotonikverktyg. Under ett ögontest nyligen på min lokala avdelning av Specsavers, fick jag chatta med min optiker, som inte verkade veta så mycket om fysiken bakom det optiska koherenstomografisystemet (OCT) han använde, men blev imponerad av bilderna han kunde se. Genom att avbilda baksidan av ögat på olika djup kan optiker använda OCT för att säkert upptäcka en rad hälso- och synproblem, ofta innan de har blivit allvarliga.
Optisk fiber, optiska förstärkare och spårbara tidsstämplar för atomur är alla brittiska uppfinningar. Säker kvantkommunikation är banbrytande i Storbritannien. Jag skulle faktiskt säga att Storbritannien är unikt positionerat för att vara kärnan i nästa säkra betrodda telekomrevolution inom 5G- och 6G-nätverk – och vidare. Enligt PLG kommer Storbritannien år 2035 återigen att vara en global leverantör av kritisk kommunikationsinfrastruktur.
Allt jag kan säga är att om du inte visste om fotonik redan, hoppas jag att du gör det nu.
