W Polsce o innowacyjnych spółkach, które wytwarzają unikatowe na światową skalę produkty – tak, jak detektory podczerwieni produkowane przez spółkę VIGO Photonics, stosowane na całym świecie od kolejnictwa po kosmos – mało kto wie. W Polskiej Platformie Technologicznej Fotoniki, takich spółek jest wiele. Nie widać jednak entuzjazmu, że mamy firmy, których produktami interesują się najwięksi światowi potentaci.

Maciej J. Nowakowski: To dlatego, że mało kto wie o polskich spółkach, których produkty stosowane są w kluczowych urządzeniach dla zdobywania kosmosu, w statkach wysyłanych na Księżyc, w maszynach do produkcji chipów masowo wytwarzanych w Tajwanie.

Polskie spółki dostarczają jedne z kluczowych komponentów do tych urządzeń. Trudno jednak opowiedzieć ludziom, którzy nie są zaangażowani w tę branżę, o realnej wartości tego co robimy. Po kryzysie 2019 r. wszyscy już na przykład wiemy, jak istotne są układy scalone dla całej gospodarki, a nawet dla całego naszego życia. Najbardziej zaawansowane układy scalone w absolutnej większości pochodzą z Tajwanu. Jedyne maszyny do ich produkcji dostarcza firma ASML z Holandii. Nikt jednak prawie nie wie, że w tych maszynach są detektory podczerwieni produkowane przez polską firmę VIGO Photonics z Ożarowa Mazowieckiego czy soczewki ze specjalnymi filtrami spółki Solaris Optics z Józefowa pod Warszawą.

Tej klasy produkty wytwarzają najlepsze globalne firmy – a jednak równie zaawansowanych detektorów czy soczewek, jak te od polskich producentów, nikt na świecie nie potrafi zrobić. Takich przykładów jest więcej.

Czym konkretnie jest Polska Platforma Technologiczna Fotoniki. O tym też wie niewielu.

Związek Pracodawców Polska Platforma Technologiczna Fotoniki (PPTF) powstał w 2017 r., choć tak naprawdę po raz pierwszy współpraca została zainicjowana już 2013 r., początkowo w formie konsorcjum. Jesteśmy organizacją biznesową zrzeszającą firmy, które tworzą i wykorzystują technologie z dziedziny fotoniki i mikroelektroniki. Co oczywiste, jest to branża wysokich technologii. To zaś oznacza, że nie ma mowy o tym, żeby jakakolwiek współpraca gospodarcza w tym obszarze mogła istnieć w oderwaniu od uczelni i instytutów badawczych, gdzie te technologie powstają i gdzie kształcone są kadry dla przemysłu. Dlatego PPTF, będąc organizacją biznesową, ma wśród swoich członków zarówno producentów, jak też uczelnie i instytuty badawcze, rozwijające technologie wykorzystywane potem w produkcji.

Naszym podstawowym celem jest rozwój rynku na zaawansowane technologie fotoniczne i rozwój biznesu naszych członków.

Z nazwy jesteśmy fotoniczni. Natomiast z treści jesteśmy fotoniczni i mikroelektroniczni. Z punktu widzenia przemysłu fotonika i mikroelektronika to dwie strony tej samej monety. Wprawdzie w jednej z nich przekaźnikiem sygnału są elektrony, w drugiej natomiast fotony, czyli światło, jednak większość procesów produkcji, charakter wyzwań stających zarówno przed inżynierami projektującymi urządzenia jak i przed firmami działającymi w tej branży jest bardzo podobna, jeżeli nie wręcz taka sama.

Co więcej, zarówno fotonika jest niezbędna dla współczesnej mikroelektroniki, jak i mikroelektronika jest niezbędna fotonice. Wspaniałe soczewki, znakomity detektor, nie przydadzą się w praktyce, jeżeli zebranego z ich pomocą sygnału nie przeanalizujemy w odpowiednim układzie elektronicznym. Co z tego, że wiem, jak zaprojektować mikroprocesor, jeżeli nie będę miał układu fotonicznego do jego wyprodukowania? Produkcja współczesnych chipów to proces w dużej mierze czysto fotoniczny, bo przecież to właśnie światło, a dokładnie ekstremalny ultrafiolet, jest wykorzystywany w procesie fotolitografii do tworzenia chipów na krzemowych płytkach.

Dlatego łączymy firmy z obu tych branż. Wyszliśmy od fotoniki i dołączyliśmy mikroelektronikę korzystając z tego, że struktura tych branż jest w Polsce unikatowa w porównaniu do sytuacji światowej.

W to też trudno uwierzyć.

Tak jednak jest. Przemysł mikroelektroniczny w innych krajach jest zazwyczaj bardziej rozwinięty, tworzą go firmy o dłuższej tradycji. W Polsce jest inaczej. Państwowy przemysł mikroelektroniczny, który powstał w Polsce w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX wieku, nie przetrwał zderzenia z wolnym rynkiem i ostrą konkurencją. Te przedsiębiorstwa niemal całkowicie zniknęły z rynku w latach dziewięćdziesiątych i dwutysięcznych. Po tym jak w drugiej dekadzie trzeciego tysiąclecia zlikwidowano produkcję płytek krzemowych, rzeczywistej mikroelektroniki w Polsce pozostało bardzo niewiele. W praktyce najważniejszym producentem w branży półprzewodnikowej jest dziś VIGO Photonics. Chodzi o to, że liczne założenia konstrukcyjne wykorzystywane w tej produkcji, procesy, warunki techniczne są tożsame zarówno dla fotoniki, jak i mikroelektroniki. Różnicą jest medium, które wykorzystujemy do przesyłu sygnału – i wykorzystywane do tego materiały.

Państwowy przemysł mikroelektroniczny, niestety, nie przetrwał. To, co się dało z niego uratować przetrwało głównie w Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki należącym do Sieci Badawczej Łukasiewicz (Łukasiewicz-IMiF).

A PCO, które produkuje dla wojska sprzęt optoelektroniczny?

Firma PCO zajmuje się właśnie bardziej optoelektroniką, która jest częścią fotoniki. Nie zajmuje się produkcją mikroelektroniczną, nie tworzy półprzewodników. Polskimi producentami elementów półprzewodnikowych są głównie Łukasiewicz-IMIF, VIGO Photonics, czy Telesystem-Mesko, produkujące detektory dla zastosowań wojskowych, m.in. do pocisku Piorun. Te przenośne naramienne wyrzutnie przeciwlotniczych pocisków rakietowych, tak chwalone dziś na Ukrainie, nie miałby takiej celności ani skuteczności w zwalczaniu celów na krótkich dystansach, bez unikatowych detektorów, które powstają w Telesystem-Mesko.

Pocisk przeciwlotniczy, czy głowice do amunicji inteligentnej, wykorzystują technologię i detektory wytwarzane w całości w Telesystemie, choć w przypadku detektorów do układów zbliżeniowych Telesystem korzysta w pewnym zakresie z detektorów produkowanych przez Łukasiewicz-IMiF.

Detektory o podobnych właściwościach, jak te powstające w spółce Telesystem-Mesko, na dobrą sprawę obecnie potrafią produkować chyba tylko Rosjanie, być może również Chińczycy. Co może dziwić, zdolność do wytwarzania podobnych detektorów utracili na przykład Amerykanie, którzy teraz ją odtwarzają. Między innymi z tego powodu Pentagon kupił niedawno dużą partię polskich Piorunów. To, co udało się zrobić zespołowi Telesystem-Mesko – czyli stworzenie i rozwinięcie technologii produkcji tych detektorów, przetrwanie trudnego okresu braku zamówień, rozwinięcie znakomitego produktu głównie za własne środki – teraz procentuje.

Procentuje chociażby tym, że na dobrą sprawę, pośród państw szeroko rozumianego Zachodu, mamy najlepszy przenośny pocisk przeciwlotniczy bardzo krótkiego zasięgu na świecie. Porównywalny chyba wyłącznie z rosyjską Wierbą a być może nawet od niego lepszy.

W Polsce wciąż jeszcze część osób uważa, że u nas niczego dobrego na poziomie światowym nie da się wymyśleć. Może dlatego nie było też u nas entuzjazmu co do wprowadzania innowacyjnych, przyszłościowych technologii?

Mówiłem o państwowym przemyśle półprzewodnikowym. On się zamknął dlatego, że upadł jego główny odbiorca: państwowy przemysł elektroniczny, produkujący własne wyroby dla odbiorców cywilnych i wojskowych. Skończył się dotychczasowy rynek, skończyło krajowe zapotrzebowanie, a firmy nie dały rady wejść na rynki światowe. Zakłady w większości upadły, niektóre zostały wykupione przez konkurencję i z czasem zamknięte.

Tymczasem polska fotonika powstawała inaczej. W zasadniczej części, z wyjątkiem wspomnianego już PCO, branża składa się z firm prywatnych. Jeśli popatrzymy na zakłady, z których jesteśmy najbardziej dumni, to mają one około 30 lat historii. Powstawały z zespołów naukowców, przedsiębiorców, ewoluowały od małych firemek z pomysłami na komercjalizację technologii, które powstały w polskich uczelniach. Same musiały zmierzyć się z wolnym rynkiem. Okazało się, że dostosowały się do niego lepiej, niż firmy państwowe i w efekcie mamy teraz spółki, które dobrze radzą sobie na rynku. I to nie tylko polskim. To nie są wielkie firmy, ale przez te kilka dekad zdążyły sobie ugruntować pozycję, przede wszystkim na rynku międzynarodowym. Firmy te absolutną większość produkcji kierują na eksport. Teraz one wspierają odtwarzanie polskiej branży mikroelektroniki, której istnienie potrzebne jest do ich dalszego rozwoju.

Wymienił Pan Telesystem-Mesko, VIGO Photonics… Jakie jeszcze spółki należą do Polskiej Platformy Technologicznej Fotoniki?

Jest ich blisko 60, trudno tutaj wymienić wszystkie. Mogę wskazać kilka przykładów: to między innymi wspomniana już firma Solaris Optics z Józefowa pod Warszawą. Produkuje elementy optyczne, soczewki, pryzmaty, okna optyczne, oraz wykonuje na nich pokrycia cienkowarstwowe nadające optyce nowe właściwości. Fibrain to polski producent, który w oparciu o własną technologię produkuje włókna światłowodowe w fabryce, którą zbudował pod Rzeszowem. Smarttech3D wykorzystując polskie patenty produkuje skanery 3D o najwyższej rozdzielczości na rynku.

Mamy kilka młodych firm takich jak toruńska Noctiluca, która produkuje aktywatory do produkcji najnowszej generacji wyświetlaczy OLED. To też wrocławska QNA Technology, która wytwarza kropki kwantowe – mikroskopijne materiały półprzewodnikowe do produkcji wyświetlaczy LED, w tym unikatowe kropki niebieskie następnej generacji ekranów ledowych. Warszawski Fluence Technology produkuje ultraszybkie lasery femtosekundowe, które potrafią obrabiać najtrudniejsze substancje, takie jak diamenty czy półprzewodnikowe płytki. Mamy także firmy będące integratorami komponentów powstających np. w VIGO. Wykorzystują je do tworzenia całych systemów urządzeń końcowych.

Dla niespecjalistów to bardzo trudna tematyka. Niezrozumiała. Stąd pewnie mało interesująca. Proszę podać jakiś przykład wykorzystywania tych urządzeń w praktyce.

Znakomitym przykładem jest poznańska firma Aeropic, producent przemysłowych analizatorów gazów, która sprzedaje swoje produkty na całym świecie. Analizatory te potrafią w czasie rzeczywistym, jednym urządzeniem, wykrywać i rozpoznawać jednocześnie kilka rodzajów gazów. Stosowane są w przemyśle petrochemicznym czy energetyce do monitorowania składu gazów emisji z instalacji przemysłowych. Dwa lata temu Aeroptic zrealizował dla klienta ze Stanów Zjednoczonych unikatowy perymetryczny system monitoringu emisji, który analizuje skład powietrza wokół zakładów petrochemicznych na całym obwodzie ich ogrodzenia. Dzięki temu użytkownik może na bieżąco dokładnie analizować skład emisji wychodzących poza teren zakładu.

Detektory VIGO Photonics znajdują zastosowanie nie tylko w aplikacjach związanych z ochroną środowiska – takich jak analizatory substancji lotnych, czy w urządzeniach kontrolujących emisję spalin osobowych silników samochodowych. Zwiększają także bezpieczeństwo transportu w systemach kontroli kół i hamulców w pociągach wysokich prędkości oraz chronią załogi w systemach przeciwpożarowych wozów bojowych.

Urządzenia medyczne, bazujące na detektorach VIGO mogą bezinwazyjnie mierzyć poziom glukozy we krwi, a także wykrywać markery chorobowe na podstawie stężenia różnych związków chemicznych w oddechu człowieka. Z kolei niebieskie kropki kwantowe QNA Technology, będące kryształami półprzewodnika o średnicy 0,0001 ludzkiego włosa, mogą zamieniać światło na elektryczność i elektryczność na światło. Mogą być wykorzystane m.in. w nowoczesnych wyświetlaczach, takich jak ekrany elastyczne, do wydrukowania diody elektroluminescencyjnej (LED) emitującej światło niebieskie, będącej elementem składowym w aplikacjach wizualnych, np. w wyświetlaczach, projektorach czy w oświetleniu LED. Lubelski SDS Optic wykorzystuje włókna światłowodowe jako czujniki w swoim przełomowym urządzeniu do błyskawicznego wykrywania raka piersi.

Rzeczywiście, trudno się nie zdziwić, kiedy słyszy się, że mamy innowacyjne firmy, które robią takie niesamowite rzeczy i niestety, w większość na rynek zachodni. To się może teraz zmienić?

To zależy to od tego, czy będziemy mieli wystarczająco rozwinięty krajowy przemysł integratorów, gotowych do wykorzystania takich technologii. Jeżeli nie będziemy mieli w kraju rynku dla tak zaawansowanych podzespołów, to one nie będą w Polsce sprzedawane. VIGO sprzedaje w tej chwili ponad 90% swojej produkcji na eksport dlatego, że nie ma krajowej alternatywy.

W Polsce, brutalnie mówiąc, jest za mało klientów wystarczająco zaawansowanych, żeby wykorzystać najnowocześniejsze komponenty, które powstają w polskich firmach fotonicznych i optoelektronicznych. Siłą rzeczy firmy te muszą produkować na eksport.

Przed jakimi zatem najważniejszymi wyzwaniami stoi teraz branża? W jakim kierunku podążać będzie foto i mikroelektronika?

Jednym z najważniejszych trendów w światowej fotonice jest w tej chwili to, co się stało w elektronice mniej więcej 60 lat temu, czyli miniaturyzacja, tworzenie układów zintegrowanych, czyli scalonych – jak te znane z elektroniki. W tym wypadku chodzi jednak o optyczne układy scalone, czyli to, co po angielsku nazywa się photonic integrated circuit (PIC). Czasem określane jest także jako fotonika zintegrowana. To jest mikroprocesor zawierający dwa lub więcej elementów fotonicznych, które tworzą działający obwód, zapewniający funkcje dla sygnałów informacyjnych nałożonych na długości fal optycznych.

A bardziej obrazowo? Co to może dać każdemu z nas?

To znaczy, że spektrometr – urządzenie wykrywające i rozpoznające różne substancje za pomocą ich unikatowego widma optycznego – który kiedyś był szafą, a teraz jest skrzynką, wkrótce zmieści się do smartwatcha albo przynajmniej w telefonie komórkowym. Spadnie jego cena i wzrośnie dostępność, ale przede wszystkim, ze względu na jego rozmiary, zmieści się w każdym zegarku elektronicznym. Dzięki temu tak małe i powszechne urządzenie zyska możliwość nie tylko zmierzenia mojej temperatury i mojego tętna, ale będzie mogło na bieżąco mierzyć emisję substancji chemicznych wydalanych przez skórę, dokładnie monitorując stan mojego zdrowia. Albo wykrywać w czasie rzeczywistym skażenia powietrza. Otworzą się zupełnie nowe obszary zastosowań.

Jestem bardzo dumny z tego, jako przedstawiciel polskiej branży fotoniki, że Polska jest w ścisłej czołówce tego wyścigu fotoniki zintegrowanej.

Proszę powiedzieć, co różni fotonikę od elektroniki?

– Zasadniczą różnicą jest medium, które przenosi sygnał lub energię – w elektronice jest to strumień elektronów, czyli prąd elektryczny. W fotonice medium jest strumień fotonów, czyli światło. I tu trzeba zaznaczyć, że światło w tym kontekście to znacznie więcej, niż tylko światło widzialne. To bardzo szerokie spektrum, od głębokiej podczerwieni po tzw. ekstremalny nadfiolet. Każda z długości fal świetlnych ma inne właściwości – z tych różnic wynikają ich różne zastosowania, ale także różne materiały i technologie stosowane do produkcji komponentów i urządzeń.

Układy fotoniki scalonej powstały w pierwszej kolejności dla sieci telekomunikacyjnych, dla optycznych sieci światłowodowych. Inżynierowie wpadli na pomysł, aby optyczne złącza mieszczące się pierwotnie w małych szafkach zmieścić w optycznym układzie scalonym. W ten sposób w jednej szafie-łącznicy można było zmieścić wielokrotnie więcej złączy – budowanie sieci światłowodowych stało się prostsze, bo łącznice nie wymagają już tyle miejsca. Ta technologia jest już opanowana. Firmy na świecie też robią takie fotoniczne układy scalone, ale dla długości światła wykorzystywanej w telekomunikacji. Jednak to, że potrafią zbudować i dobrze wykorzystać układ dla optycznej sieci telekomunikacyjnej nie znaczy, że potrafią zrobić taki układ sensorowy. Tego wciąż nie robią.

Czyli na przykład?

Elektroniczne układy stosowane w centrach danych grzeją się w czasie pracy, przez co spada ich wydajność. Nie mamy tego problemu z połączeniami optycznymi, dlatego zastosowanie fotonicznych układów scalonych w centrach danych rośnie, co pozytywnie przekłada się na wydajność takich centrów, ale także na zapotrzebowanie na energię do ich chłodzenia. Takie fotoniczne układy scalone są już na światowym rynku, ale stosowane są także w Polsce.

Jednak na rynku nie ma jeszcze podobnie zminiaturyzowanych czujników optycznych. Wykorzystują one inne długości światła, więc do ich produkcji potrzebne są inne materiały i technologie, trudniejsze w miniaturyzacji.

Jeżeli mówimy o miniaturyzacji, jedną z naszych specjalności w zakresie fotoniki jest podczerwień. To się nie wzięło z niczego. Badania w zakresie technologii podczerwieni, przede wszystkim detekcji podczerwieni, prowadzone są na polskich uczelniach, przede wszystkim w Wojskowej Akademii Technicznej, od prawie 50 lat. Mamy dużo polskich firm, które wzrosły na krajowych kompetencjach w zakresie technologii podczerwieni. Podczerwień to właśnie zakres światła najczęściej wykorzystywany do wykrywania różnych substancji. Nic dziwnego zatem, że mamy VIGO Photonics z detektorami podczerwieni, mamy Inframet, który produkuje znakomite urządzenia do kalibracji kamer termowizyjnych. Światowi producenci zaawansowanych kamer termowizyjnych, np. do badania kosmosu albo dla zastosowań obronnych, bardzo często używają sprzętu Inframetu, by te kamery kalibrować.

Mamy zatem solidne kompetencje w technologiach sensorycznych, ale jeżeli spojrzymy na moduł detektora VIGO, to już mocno zminiaturyzowane urządzenie, nadal jest kostką. Na tyle małą, że da się ją zastosować w wielu różnych urządzeniach, ale wciąż jeszcze nie jest to układ scalony, który możemy łatwo zintegrować w jakimś niewielkim urządzeniu elektronicznym powszechnego użytku. Nie zeszliśmy jeszcze do tego poziomu kosztów, kiedy będziemy mogli go rzeczywiście stosować masowo, bo cena będzie na to pozwalała.

VIGO Photonics tuż przed wakacjami uruchomiło bardzo duży projekt HyperPIC, polegający na opracowaniu technologii i uruchomieniu produkcji fotonicznych układów scalonych na zakres średniej podczerwieni. I to będą układy przede wszystkim do zastosowań w czujnikowych. Kiedy ten projekt uda się doprowadzić do końca, kiedy ruszy linia produkcyjna, będzie to pierwsza na świecie fabryka układów scalonych do sensoryki optycznej. Pierwsza na świecie, nikt inny takiej technologii jeszcze nie ma.

Polska fotonika ma zatem szeroko otwarte drzwi do przyszłości.

Oczywiście że ma i z optymizmem może w nią patrzeć. A jej pozycja będzie w przyszłości tym mocniejsza, im mocniejszy będzie krajowy rynek, który będzie potrafił wykorzystać te produkty. Kiedy uruchomiona zostanie wspomniana fabryka, zaraz znajdą się klienci na świecie zainteresowani tymi produktami. Światowi producenci przewidują i przygotowują się na zastosowanie technologii, które nadejdą. Mamy nadzieję, że podobnego podejścia przemysłu doczekamy się także w kraju. Ale tak zaawansowane, wręcz abstrakcyjne technologie, są często niezrozumiałe dla zwykłych ludzi. Trudno mieć o to pretensje, opinię publiczną interesują raczej gotowe przedmioty powszechnego użytku: telefony komórkowe, komputery, samochody oraz ich producenci. Niewielu zwraca uwagę na kluczowe komponenty i podzespoły, które umożliwiają działanie tych urządzeń końcowych?

Kluczem do przyszłości są jednak ludzie, którzy będą potrafili opracowywać nowe technologie, obsługiwać bardzo zaawansowany sprzęt i tworzyć nowe urządzenia. Każda z firm technologicznych – na świecie i w Polsce – potrzebuje wykształconej kadry, która opanuje nowe umiejętności i zastosuje nową wiedzę. To najczęściej jest wiedza, której nie zdobędzie się już na studiach. Studia są znakomitym przygotowaniem do rozpoczęcia zdobywania wiedzy, którą potem rozszerza się przez całe życie. Produkcji detektorów VIGO Photonics, światłowodów Fibrain czy cienkowarstwowych pokryć Solaris Optics nie można się nauczyć na studiach w WAT czy którejś z politechnik, skąd pochodzą w większości kadry polskiej fotoniki. Są to bardzo dobrze wykształceni ludzie, którzy jednak dopiero w firmach poznają w pełni najnowsze technologie.

W tej chwili mamy pod tym względem całkiem niezłą sytuację. Wciąż sporo młodzieży wybiera studia politechniczne, mamy bardzo wysoki odsetek dziewcząt studiujących kierunki politechniczne. Ale to jest sytuacja, która daje nam komfort na najbliższy rok, dwa lata. Działamy w wymagającej branży, nierzadko jesteśmy na poziomie manipulowania atomami, zaprzęgamy zjawiska kwantowe do codziennych zastosowań.

Żeby rozwijać w Polsce tę i inne branże technologiczne musimy nauczyć kolejne generacje młodzieży, żeby chciała i potrafiła zaangażować swoją energię w tak zaawansowane, ale i fascynujące prace. A wtedy będzie mogła naprawdę zmieniać świat.