光子学的力量：从垂直农业到量子计算

在英国，哪个行业的员工人数是制药行业的两倍，并且超过了太空或“金融科技”行业？ 答案是光子学，根据 光子学领导小组 (PLG) – 代表该领域 120 多个成员的行业协会。 在过去的几年里，它一直在跟踪和整理光学技术或光子学的所有无数应用。 鉴于大多数都来自数百家中小型企业，这绝非易事。 

根据 PLG 的 英国光子学 2035 据报告，在英国所有地区的 76 家公司中，约有 000 人受雇于光子学行业，每年产生 1200 亿英镑的营业额。 报告称，光子学为每名员工的经济增加值总额为 14.5 英镑，是英国第五大生产力最高的制造业。 它声称，英国大学是该领域的全球领导者，全球约 85% 的光子学出版物来自英国。

更重要的是，PLG 估计光子学可能会成为英国价值 50 亿英镑的产业，并在 100 年之前创造额外的 000 万个直接就业机会。像能源、医疗保健和清洁交通以及私营部门投资者一样，”PLG 首席执行官约翰·林肯 (John Lincoln) 说。 事实上，该组织估计，未来英国约 2035% 的经济将直接依赖于光子学。

PLG 在提高人们对光子学的认识并代表其成员方面做得很好——其中许多人本身并不足以像大型制药和国防公司那样影响政府和投资者。 但光子学非常重要，它可以将光用于从疾病诊断和激光手术到电信和先进制造的方方面面。 光子学对于让产品和服务为消费者和行业创造价值至关重要。

据 欧盟的 Photonics21 网络，到 650 年，全球光子学市场价值 2020 亿欧元，但令人惊叹的是光子学结合到产品中所带来的东西。 想想智能手机中的 CCD 和镜头，或者光学传感器、摄像头技术和激光雷达实现自动驾驶汽车的方式。 SPIE 在 2020 年的一份报告估计，光子学所支持的市场规模在全球范围内确实达到了惊人的 2 万亿美元。

光的力量

那么，光子学传递了什么样的价值，光子学公司做了什么样的事情呢？ 最明显的应用是光纤通信，它在过去 50 年里缩小了世界，没有任何进展的迹象。 PB 级数据速率是几年前实现的，而到 2017 年，康宁已经运送了超过 2035 亿公里的光纤。 到 XNUMX 年，卫星内激光器将通常允许低地球轨道卫星星座在全球范围内向甚至最偏远的地方提供高速互联网。

在制造业中，光子学允许对材料（尤其是金属）进行数字切割、连接、标记、纹理化和 3D 打印。 与此同时，由于机器视觉，光子学有助于自动化和机器人系统，如激光切割和焊接。 事实上，在全球约 11 亿英镑的激光器市场中，材料的工业加工约占三分之一。

然后是“垂直农业”，在受控条件下，作物在堆叠层中种植。 光谱优化的发光二极管既可以优化植物生长，  减少植物的蒸发，这意味着它们比在户外种植时需要的水少得多。 垂直农业也消除了杀虫剂。

光子学非常重要，将光用于从疾病诊断和激光手术到电信和先进制造的所有领域

当然，基础科学依赖于光子学，无论是粒子加速器、望远镜还是引力波探测器。 事实上，超过一半的诺贝尔物理学奖授予 在过去的25年中 要么与光子学的发现有关，要么使用光子学作为工具。

不要忘记整个量子计算、通信和密码学世界，它们要么直接基于光子学，要么需要光子学才能发挥作用。 这是一个真正开始起飞的行业。 这家总部位于伦敦的公司 Orca，这 获得创业奖 来自物理研究所的 2020 年，刚刚将其第一台量子计算机卖给了英国国防部。

现实世界的好处

得益于高效的光伏太阳能电池，光子学还帮助世界实现净零排放，而先进的激光雷达（结合计算机模拟）可以提高风电场的产量。 PLG 的估计表明，光子学将使新的和现有的风力涡轮机的效率提高 1.5-2%。 在不增加额外成本的情况下，到 15 年，这将在全球范围内额外提供 2035 吉瓦的发电量——节省超过 100 亿英镑（大约相当于五个欣克利角 C 核电站）。

光在医学中也很重要。 有激光矫正眼科手术，而如今即使是大街上的配镜师也使用大量的光子学工具。 最近在我当地的 Specsavers 分公司进行的一次眼科测试中，我和我的验光师聊天，他似乎对他使用的光学相干断层扫描 (OCT) 系统背后的物理原理了解不多，但被图像震撼了他看得见。 通过在不同深度对眼睛后部进行成像，配镜师可以使用 OCT 安全地发现一系列健康和视力问题，通常是在问题变得严重之前。

光纤、光放大器和原子钟可追溯时间戳都是英国的发明。 安全量子通信正在英国率先开展。 事实上，我想说，英国处于独特的地位，可以成为 5G 和 6G 网络及其他领域下一次安全可信电信革命的核心。 根据 PLG，到 2035 年，英国将再次成为关键通信基础设施的全球供应商。

我只能说，如果你还不知道光子学，我希望你现在就知道。