Джеймс Маккензі дивується чудесам фотоніки, яка набагато важливіша для повсякденного життя, ніж здається на перший погляд
У якій галузі у Великій Британії працює вдвічі більше людей, ніж у фармацевтиці, і більше, ніж у космічному чи «фінтех» секторах? Відповідь - фотоніка, згідно з Лідерська група Photonics (PLG) – торгова асоціація, що представляє понад 120 членів у галузі. Протягом останніх кількох років він відстежував і порівнював усі численні застосування оптичних технологій або фотоніки. Це непросте завдання, враховуючи, що більшість з них є сотнями малих і середніх підприємств.
Згідно з PLG UK Photonics 2035 Доповідь, близько 76 000 людей зайняті в галузі фотоніки в 1200 фірмах у всіх регіонах Великобританії, генеруючи 14.5 мільярдів фунтів стерлінгів щорічного обороту. З валовою доданою вартістю в економіці 85 000 фунтів стерлінгів на працівника, фотоніка є п’ятим за продуктивністю виробничим сектором Великобританії, йдеться у звіті. Британські університети, як стверджується, є світовими лідерами в цій галузі, причому близько 20% світових публікацій з фотоніки походять із Великобританії.
Більше того, PLG вважає, що фотоніка може стати галуззю Великобританії вартістю 50 мільярдів фунтів стерлінгів і створити додаткові 100 000 безпосередніх робочих місць до 2035 року. «Попереду ще багато чого, якщо уряд Великобританії інвестує в ключові трансформаційні технології фотоніки на ключових вертикальних ринках. як енергетика, охорона здоров’я та екологічно чистий транспорт разом із інвесторами приватного сектору», – каже виконавчий директор PLG Джон Лінкольн. Дійсно, за оцінками групи, близько 60% економіки Великобританії безпосередньо залежатиме від фотоніки в майбутньому.
PLG робить велику роботу, підвищуючи обізнаність про фотоніку та представляючи своїх членів, багато з яких самі по собі недостатньо великі, щоб впливати на уряди та інвесторів так, як це можуть великі фармацевтичні та оборонні компанії. Але фотоніка надзвичайно важлива, оскільки вона використовує світло для всього: від діагностики захворювань і лазерної хірургії до телекомунікацій і передового виробництва. Фотоніка має вирішальне значення для того, щоб продукти та послуги приносили цінність споживачам і промисловості.
Згідно зі Мережа ЄС Photonics21, у 650 році світовий ринок фотоніки становив 2020 мільярдів євро, але фотоніка дає змогу об’єднати її в продукти — це вражає. Подумайте про ПЗЗ-матриці та лінзи в смартфонах або про те, як оптичні датчики, технологія камер і LIDAR дозволяють автономним транспортним засобам. Згідно зі звітом SPIE за 2020 рік, кількість ринків, які відкриває фотоніка, становить справді приголомшливі 2 трильйони доларів у всьому світі.
Сила світла
Отже, яку цінність забезпечує фотоніка і чим займаються фотонічні компанії? Найбільш очевидним застосуванням є оптико-волоконний зв’язок, який за останні 50 років зменшив світ, без жодних ознак уповільнення прогресу. Швидкість передачі даних Petabit була досягнута кілька років тому, а до 2017 року Corning відвантажила понад мільярд кілометрів оптоволокна. До 2035 року внутрішньосупутникові лазери дозволять угрупованням супутників на низькій навколоземній орбіті надавати високошвидкісний Інтернет по всьому світу навіть у найвіддаленіші місця.
У виробництві фотоніка дозволяє цифрове різання, з’єднання, маркування, текстурування та 3D-друк матеріалів, особливо металів. Тим часом завдяки машинному зору фотоніка сприяє створенню автоматизованих і роботизованих систем, таких як лазерне різання та зварювання. Дійсно, промислова обробка матеріалів становить близько третини світового ринку лазерів, який становить приблизно 11 мільярдів фунтів стерлінгів.
Крім того, є «вертикальне землеробство», при якому зернові культури вирощують шарами в контрольованих умовах. Спектрально оптимізовані світлодіоди можуть як оптимізувати ріст рослин, так і зменшити випаровування з рослин, тобто їм потрібно набагато менше води, ніж якщо їх вирощувати на відкритому повітрі. Вертикальне землеробство також усуває пестициди.
Фотоніка надзвичайно важлива, оскільки вона використовує світло для всього: від діагностики захворювань і лазерної хірургії до телекомунікацій і передового виробництва
Фундаментальна наука, звичайно, залежить від фотоніки, будь то прискорювачі частинок, телескопи чи детектори гравітаційних хвиль. Дійсно, більше половини всіх присуджених Нобелівських премій з фізики за останні 25 роки були або пов’язані з відкриттями у фотоніці, або використовували фотоніку як інструмент.
І не забувайте про весь світ квантових обчислень, комунікацій і криптографії, який або безпосередньо базується на фотоніці, або вимагає фотоніки для функціонування. Це галузь, яка дійсно починає розвиватися. Лондонська фірма Orca, Яка виграв нагороду «Започаткування бізнесу». з Інституту фізики в 2020 році, щойно продала свій перший квантовий комп’ютер Міністерству оборони Великобританії.
Реальні переваги
Фотоніка також допомагає світу досягти чистого нуля завдяки високоефективним фотоелектричним сонячним батареям, а вдосконалений LIDAR у поєднанні з комп’ютерним моделюванням може підвищити потужність вітрових електростанцій. За оцінками PLG, фотоніка підвищить ефективність нових і існуючих вітряних турбін на 1.5–2%. З невеликими додатковими витратами це забезпечить додаткові 15 ГВт генеруючих потужностей у всьому світі до 2035 року – заощадивши понад 100 мільярдів фунтів стерлінгів (приблизно еквівалентно п’яти атомним електростанціям Hinkley Point C).
Світло також життєво важливе в медицині. Існує лазерна корекція ока, хоча сьогодні навіть провідні оптики використовують широкий спектр фотонних інструментів. Під час нещодавнього тестування очей у місцевому відділенні Specsavers я поспілкувався зі своїм оптиком, який, здавалося, не дуже знав про фізику системи оптичної когерентної томографії (ОКТ), яку він використовував, але був вражений зображеннями він міг бачити. Зображуючи задню частину ока на різній глибині, оптики можуть використовувати ОКТ, щоб безпечно виявити ряд проблем зі здоров’ям і зором, часто до того, як вони стануть серйозними.
Оптичне волокно, оптичні підсилювачі та позначки часу, що відстежуються на атомному годиннику, — усе це винаходи Великобританії. Захищений квантовий зв’язок є піонером у Великобританії. Фактично, я б сказав, що Британія має унікальне становище, щоб бути в центрі наступної революції безпечних довірених телекомунікацій у мережах 5G і 6G – і не тільки. Згідно з PLG, до 2035 року Великобританія знову стане глобальним постачальником критичної комунікаційної інфраструктури.
Все, що я можу сказати, це те, що якщо ви раніше не знали про фотоніку, я сподіваюся, що тепер знаєте.
