من المتوقع أن تلعب الليزر دورًا محوريًا في العقود القادمة مع تقدم التكنولوجيا

الليزر، اختصارًا لتقوية الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع، هو جهاز يُصدر الضوء عند أطوال موجية معينة ويُضخم ذلك الضوء لإنتاج شعاع إشعاع ضيق جدًا ومشرق جدًا يتركز على نقطة صغيرة. هناك العديد من أنواع الليزر، بما في ذلك ليزر الألياف، ليزر الغاز، ليزر الحالة الصلبة، ليزر الصبغة، وليزر الصمام الثنائي، وجميعها تشترك في مجموعة أساسية من المكونات.

اليوم، يُعد الليزر جزءًا أساسيًا من العديد من المنتجات التي نستخدمها يوميًا، بدءًا من المنتجات الاستهلاكية مثل أقراص Blu-Ray، الأقراص المدمجة، مشغلات DVD، وأجهزة مسح الباركود إلى طابعات الليزر وجراحة العين LASIK. كما يُستخدم أيضًا لقياس، قطع، نقش، حفر، وتعليم مجموعة واسعة من المواد.

تم تطوير أول ليزر في عام 1960، استنادًا إلى عمل ألبرت أينشتاين حول الانبعاث المحفز، مما أدى إلى حصوله على جائزة نوبل عام 1921. ومنذ ذلك الحين، نمى سوق تكنولوجيا الليزر العالمي بشكل كبير ومن المتوقع أن يصل إلى قيمة 25.6 مليار دولار بحلول عام 2027.

تطبيقات تكنولوجيا الليزر

ثبت أن الليزر أداة عملية للغاية بفضل توفيره لأشعة ضوئية أحادية اللون، مُتحكم فيها، وموجهة بدقة. تكمن معظم تطبيقاته الحديثة الهامة في الاتصالات عبر الألياف الضوئية، تشغيل وتصنيع الليزر، كشف العناصر النادرة، قياسات الليزر، والتصوير الطبي. 

بينما علم الضوء نفسه لم يتغير، تطورت تكنولوجيا الليزر بسرعة على مر السنين. لذا، رغم اختراعها قبل عقود، سمحت التكنولوجيا المتقدمة أخيرًا للليزر بالبدء في لعب الدور الذي كنا نتخيله دائمًا. 

الآن، دعونا نلقي نظرة على أحدث التطورات وكل ما يجعل هذه التكنولوجيا ممكنًا في مختلف الصناعات!

الاتصالات 

من خلال تمكين إنشاء شبكات آمنة يمكنها نقل كميات هائلة من البيانات بسرعة عالية، وكفاءة أكبر، وأمان محسّن، تبرز تكنولوجيا الليزر كعامل تغيير في اتصالات الأقمار الصناعية. نتيجةً لذلك، من المتوقع أن يتضاعف سوق الاتصالات الليزرية القائمة على الفضاء عالميًا أربع مرات بحلول عام 2031، وفقًا لتقارير Straits Research.

في هذا المجال، يقدم الليزر مجموعة واسعة من التطبيقات مثل الاتصالات بين الأقمار الصناعية والاتصال بين القمر الصناعي والأرض. ومع استمرار زيادة عدد الأقمار الصناعية المدارة، ستصبح الاتصالات الليزرية القائمة على الفضاء أكثر حيوية في أنظمة اتصالات الأقمار الصناعية.

مؤخرًا، أجرت ناسا أول اختبار ناجح لنظام الاتصالات البصرية للفضاء العميق (DSOC)، وهو رابط اتصالات من الجيل التالي يرسل المعلومات عبر ضوء الليزر. كجزء من سلسلة من الاختبارات التي تجريها ناسا لتسريع الاتصالات في الفضاء العميق، كان هذا الاختبار هو الأكثر بعدًا في مجال الاتصالات الليزرية حتى الآن. إذا نجح، يتوقع مسؤولو ناسا أن يستخدم الرواد في العقود القادمة هذا النظام كوسيلة للتحكم الأرضي.

على الرغم من أن الاتصالات الليزرية تواجه العديد من التحديات، خاصةً فيما يتعلق بالغلاف الجوي، يتم استكشاف تقنيات مبتكرة مثل البصريات التكيفية، توجيه الشعاع، وخوارزميات تصحيح الأخطاء لتخفيف هذه التأثيرات، مما سيعزز التطبيق العملي للاتصالات الليزرية. 

لذا، بينما شهد الفضاء الاستخدام التقليدي للاتصالات الليزرية، يجري البحث والتطوير والاستثمار لزيادة الاستخدام العملي لهذه التقنية. سيؤدي توسيع عرض النطاق التشغيلي والعمل في مجموعة متنوعة من الظروف الجوية إلى توسيع تطبيقات الاتصالات الليزرية في أسواق الدفاع، والمدنية، والتجارية، والزراعية.

في المجتمع الدولي، تُجرى أيضًا جهود توحيد المعايير لضمان التوافقية والاعتماد الواسع لأنظمة الاتصالات الليزرية.

الدفاع

تركز صناعة الدفاع على تطوير أسلحة الليزر لسهولة تشغيلها، دقتها، وغياب الأضرار الجانبية. علاوة على ذلك، مع الانتشار الواسع للطائرات بدون طيار القاتلة التي تشتريها الجيوش حول العالم، أصبحت قدرات أسلحة الليزر محور تركيز جميع القوات العسكرية.

في العام الماضي، كانت هناك تكهنات بأن روسيا أصبحت أول دولة تستخدم أسلحة الليزر، بيرسيفيت وزاديرا، في القتال لحرق طائرات العدو بدون طيار. كما تتقدم الولايات المتحدة في العمل على الدفاع الجوي القائم على الليزر.

وفي وقت سابق من هذا العام، حقق نظام سلاح الليزر التكتيكي DEIMOS من لوكهيد مارتن مرحلة “الضوء الأول”. كما تشارك الشركة الأمريكية في نظام الدفاع الجوي الإسرائيلي الفريد من نوعه “Iron Beam” القائم على الليزر، القادر على إسقاط الطائرات المعادية، الصواريخ، الطائرات بدون طيار، والقذائف عن طريق توجيه أشعة الليزر إليها.

مع تزايد انتشار أنظمة الليزر، اكتشف العلماء طريقة جديدة لزيادة طاقة ليزر الألياف بشكل كبير مع الحفاظ على جودة الشعاع، مما يجعلها تقنية دفاعية رئيسية مستقبلية ضد الطائرات بدون طيار منخفضة التكلفة.

يتضمن هذا الاختراق إمكانية استخدام ألياف بصرية متعددة الوضعيات لزيادة خرج طاقة ليزر الألياف بشكل كبير، من 3 إلى 9 مرات، دون تدهور جودة الشعاع. من خلال تحقيق ذلك، يمكن لهذه الليزرات تركيز شعاعها بفعالية على الأهداف البعيدة، مما ينتج طاقة عالية جدًا. هذه الزيادة في الطاقة تعزز فائدة ليزر الألياف، مما يجعله أكثر قيمة لصناعة الدفاع.

قوة عسكرية أخرى، الصين، قامت أيضًا بتحقيق تقدم كبير في أسلحة الليزر، ومنذ بضعة أشهر، زعم العلماء العسكريون الصينيون أنهم طوروا نظام تبريد جديد يسمح لليزر عالي الطاقة بالعمل “بلا حدود” دون تراكم حرارة النفايات، وهو تحدٍ تقني رئيسي لتطوير أسلحة الليزر.

بهذا، يمكن للأسلحة الآن توليد أشعة ليزر لفترات طويلة دون أي انقطاع أو تدهور في الأداء. النظام الجديد، الذي يستخدم هياكل متقدمة، لديه القدرة على تغيير مشهد الدفاع بشكل كبير من خلال زيادة المدى والضرر، إطالة أوقات الاشتباك، وتقليل التكاليف.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم الطيران والفضاء والدفاع.

الصحة

إلى جانب الدفاع، تُستخدم تكنولوجيا الليزر على نطاق واسع في الرعاية الصحية بسبب دقتها العالية، إنتاجيتها، استدامتها، وتكيفها. في هذا القطاع، تُستَخدم التقنية لتطوير أطراف صناعية جديدة وأدوات لتطبيقات الرعاية الصحية، بينما يستخدم مصنعو المعدات الطبية الليزر لتصميم وتطوير معدات طبية جديدة بسهولة.

يقلل استخدام الليزر من الحاجة إلى القوى العاملة وتكاليف التصنيع الأخرى. كما يمكنه التعرف على السلع المقلدة في العيادات والمستشفيات. علاوة على ذلك، يمكن للجراحين إجراء عمليات جراحية معقدة بسهولة باستخدام الليزر.

من طب العيون، طب الأسنان، وطب الجلد إلى طب المسالك البولية، يشهد استخدام الليزر في الرعاية الصحية تزايدًا، حيث يُعالج حالات مثل أمراض القلب، الزرق، الأورام، السرطانات، الدوالي، مشاكل البروستاتا، إصابات الركبة، وحصوات الكلى. وفي الوقت نفسه، توفر أنظمة الموجات فوق الصوتية القائمة على الليزر صورًا لميزات داخل الجسم مع إمكانية تتبع مراحل المرض بمرور الوقت.

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم تكنولوجيا الليزر في علاجات طبية غير جراحية مثل العلاج بالليزر الانتقائي للطبقة الترابكسية، العلاج الضوئي الديناميكي، إزالة الوشم، تجديد البشرة، العلاج بالليزر منخفض المستوى، وإزالة الشعر. يبرز العلاج بالليزر منخفض المستوى (LLLT) بشكل خاص في طب الأسنان لتقديم ميزة واضحة من حيث السلامة وراحة المريض وعدم الاعتماد على التدخلات الدوائية.

علاوة على ذلك، منذ أن منحت إدارة الغذاء والدواء (FDA) أول موافقة للليزر في تطبيق علاجي للاستخدام البشري قبل أكثر من عقدين من الزمن، تطورت علاج الليزر وتطبيقاته العلاجية بشكل كبير وأصبح يُستخدم على نطاق واسع لتخفيف الألم، تجديد الأنسجة، وتعزيز الصحة العامة.

ثم هناك استخدام الليزر لمنع البعوض من عض البشر ونشر الأمراض. منتجات مثل جهاز مراقبة السياج الضوئي (PFMD) يراقب الحشرات أثناء طيرانها ويقضي على تلك التي تُحدد كأهداف بإطلاق نبضة دقيقة من طاقة الليزر. التطبيق الأول لـ PFMD هو اختبار تصميم وفعالية إجراءات مكافحة النواقل ضد تسلل الحشرات الضارة في أسواق الزراعة، الضيافة، الحكومة، العسكرية، وسوق مكافحة الآفات السكنية.

انقر للحصول على قائمة بأفضل عشرة أسهم في قطاع الرعاية الصحية.

التحليل والتجارب 

تلعب تكنولوجيا الليزر دورًا حاسمًا في مختلف مجالات التحليل والتجارب بفضل خصائصها الفريدة، دقتها، وتعدد استخدامها. 

في فيزياء الذرات والجزيئات، يستخدم الباحثون والعلماء الليزر لتبريد وحجز الذرات عند درجات حرارة منخفضة جدًا. إلى جانب استخدام الليزر للتحكم في الحالات الكمومية، يساعد مصدر الضوء القابل للتعديل في دراسة مستويات الطاقة والانتقالات في الذرات والجزيئات.

تبريد الليزر، الذي تم إظهاره لأول مرة قبل 40 عامًا وأحدث ثورة في فيزياء الذرات لاستخدامه في دراسات المعلومات الكمومية، الغازات المتجمدة كمياً، الساعات الذرية، واختبارات الفيزياء الأساسية، يُطبق الآن على المادة المضادة. من المتوقع أن توفر القدرة على التحكم في حركة ذرات المادة المضادة بواسطة ضوء الليزر فرصًا رائدة لتجارب مستقبلية، مثل نوافير الذرات المضادة وإنشاء جزيئات المادة المضادة.

في عام 2021، نجحت مجموعة ALPHA في CERN في تبريد ذرات مضاد الهيدروجين، أبسط أشكال المادة المضادة الذرية، باستخدام ضوء الليزر، وهو ما يُنظر إليه كـ “عامل تغيير للقياسات الطيفية والجاذبية”.

في الوقت نفسه، تُجرى أبحاث حول تسريع الجسيمات بناءً على تفاعل الليزر مع البلازما لفهم الكون. إلى جانب فهم تطور جميع الكائنات الحية من خلال فهم التفاعلات الكيميائية، تساعد قدرة هذه التقنية أيضًا في علاج السرطان، حيث يمكن أن تكون بديلاً للعلاج الإشعاعي بالأشعة السينية التقليدية. تسمح تقنية تسريع الجسيمات القائمة على تفاعل الليزر مع البلازما بتحقيق طاقات عالية جدًا على مسافات صغيرة جدًا، مما قد يؤدي إلى تحسينات كبيرة من حيث الحجم.

تُستخدم تكنولوجيا الليزر أيضًا لإنتاج مواد نانوية ذات خصائص كيميائية وفيزيائية مميزة، مع تطوير عدة عمليات تعتمد على الليزر لتصنيع المواد النانوية، مثل الاختزال المدعوم بالليزر، التقشير بالليزر، والابليشن بالليزر.

الطاقة النظيفة / الاندماج النووي

يقدم النمو المستمر للطاقة المتجددة عالميًا فرصًا متزايدة لتقنيات معالجة الليزر. في صناعة الطاقة النظيفة، تُستخدم تكنولوجيا الليزر في تصنيع معدات جديدة لتوليد الطاقة وكذلك في إيقاف تشغيل محطات الطاقة عند انتهاء عمرها.

إلى جانب استخدامها في التصنيع، يمكن استخدام الليزر في الطلاء (المعروف أيضًا باسم ترسيب المعادن بالليزر) وتحسين خصائص الأسطح المعالجة. وفي الوقت نفسه، يمكن لمكونات التوربينات الدقيقة الغازية الاستفادة من تنظيف الليزر بالألياف.

فيما يتعلق بالطاقة الشمسية، تُظهر الاتصالات التي تُشعل بالليزر واعدة في تحسين كفاءة الخلايا الشمسية وتُستخدم في قطع وتعليم رقائق أشباه الموصلات وكذلك في فصل الدوائر الكهربائية للخلايا الفردية في الألواح الشمسية الكبيرة.

في المستقبل، قد نرى استخدام الليزر لإنشاء جيل جديد من الألواح الشمسية وكذلك إنتاج بطاريات لتخزين الطاقة المتولدة من المصادر المتجددة.

تُرى تكنولوجيا الليزر أيضًا في الاندماج النووي. قبل عام، أعلن وزير الطاقة الأمريكي عن اختراق في الاندماج النووي القائم على الليزر حيث أنتج مختبر أبحاث شمسًا صغيرة على الأرض. كان مصدر الضوء المستخدم في هذا التجربة أكبر ليزر في العالم، حيث استخدم 192 خطًا شعاعيًا لتوليد النبضات. أنتجت أشعة الليزر طاقة أعلى بنسبة 54% مما تم إدخاله.

هذا العام، ضغطت 192 ليزرًا على كبسولة صغيرة مملوءة بالديوريت والتروليت، نظائر ثقيلة للهيدروجين، مما أدى إلى حدوث تفاعل اندماجي أنتج طاقة أكثر من الطاقة التي أطلقتها أشعة الليزر على الهدف خلال العملية.

وفقًا لمايكل كامبل، المدير السابق لمختبر الاندماج الليزري في جامعة روتشستر، والذي يعمل الآن في جامعة كاليفورنيا:

“خلال السنوات القليلة القادمة، من الممكن تحقيق إنتاجية تتراوح بين 5 إلى 10 ميجا جول.”

ولكن بالطبع، لتحقيق ذلك، سنحتاج إلى ليزرات نبضية عالية الطاقة ومتوسطة القدرة تُصنع كوحدات قابلة للاستبدال، مما سيؤدي إلى العديد من التطبيقات الصناعية الجديدة.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم الطاقة المتجددة.

الشركات التي تركز على تكنولوجيا الليزر 

الآن، دعونا نلقي نظرة على الشركات البارزة التي تطور تكنولوجيا الليزر أو التكنولوجيا القائمة على الليزر:

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

الشركة الرائدة في مجال الدفاع والفضاء، والتي تشارك أيضًا في أبحاث الاندماج النووي، لديها قيمة سوقية تبلغ 111.74 مليار دولار وإيرادات للـ 12 شهرًا الأخيرة (TTM) قدرها 67.68 مليار دولار.

يتداول السهم عند 450.4 دولار، سعر سهم لوكهيد انخفض بنسبة 7.42% هذا العام بينما يقدم عائد توزيعات بنسبة 2.80%. ربح السهم (EPS) (TTM) للشركة هو 27.38، ومعدل السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) هو 16.45.

في العام الماضي، سلمت لوكهيد نظام سلاح ليزر عالي الطاقة إلى وزارة الدفاع الأمريكية، وفي هذا العام، منحتها الجيش الأمريكي مرة أخرى عقدًا لتطوير نموذج أولي لسلاح ليزر لحماية من النيران غير المباشرة.

#2. Coherent, Inc. (COHR)

شركة رائدة في تصنيع أنظمة الليزر لتطبيقات مختلفة، بما في ذلك الاتصالات، معالجة المواد، والطب، تمتلك Coherent Corp. قيمة سوقية تبلغ 5.45 مليار دولار.

في وقت كتابة هذا النص، يتداول سهمها عند 36.02 دولار، بارتفاع 2.62% منذ بداية العام (YTD). خلال الـ 12 شهرًا المتتالية الماضية، أبلغت Coherent عن إيرادات قدرها 4.869 مليار دولار وكان ربح السهم (EPS) (TTM) -3.01 ومعدل السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) -11.96.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

تنتج الشركة حلول ليزر تُستخدم في معالجة المواد، الطب، وتطبيقات متقدمة. قبل بضعة أشهر، أطلقت IPG Photonics (IPGP ) ليزرًا مزدوج الشعاع بأعلى قدرة نواة أحادية الوضع.

كما تشارك في أبحاث الطاقة النظيفة، يتداول سهم IPG Photonics عند 95.62 دولار، مع إيرادات (TTM) تبلغ 1.32 مليار دولار. الشركة لديها ربح السهم (EPS) (TTM) 1.82 ومعدل السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) 52.40.

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

تُعد Northrop Grumman (NOC ) شركة عالمية في مجال الفضاء والدفاع، وتبلغ قيمتها السوقية 70.8 مليار دولار. كما تشارك في تطوير أنظمة الليزر لتطبيقات الدفاع.

في أكتوبر 2023، منحت وكالة تطوير الفضاء التابعة للبنتاغون عقدًا بقيمة 732 مليون دولار لشركة Northrop Grumman لبناء 38 قمرًا صناعيًا “لنقل البيانات” كجزء من بنية الفضاء للجنود المتعددة التي تبنيها الوكالة.

حاليًا، يتداول سهم Northrop Grumman عند 469.58 دولار، بانخفاض 13.9% منذ بداية العام (YTD). تمتلك الشركة إيرادات (TTM) قدرها 38.685 مليار دولار وتقدم عائد توزيعات بنسبة 1.59%.

#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO) 

توفر الشركة أدوات تحليلية، بما في ذلك تلك القائمة على تكنولوجيا الليزر والمواد الاستهلاكية المستخدمة في البحوث الطبية، تشخيص الأمراض، واكتشاف وإنتاج أدوية جديدة.

انخفض سعر سهم Thermo Fisher بنسبة 11.47% هذا العام حيث يتداول الآن عند 487.53 دولار. تمتلك الشركة قيمة سوقية تبلغ 188.36 مليار دولار، سجلت إيرادات (TTM) قدرها 43.421 مليار دولار، وتدفع عائد توزيعات بنسبة 0.29% بينما ربح السهم (EPS) (TTM) هو 15.27 ومعدل السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) 31.93.

الخلاصة

كما رأينا، تمتلك تكنولوجيا الليزر إمكانات هائلة وتُطبق في مختلف المجالات. بينما يواصل الليزر تعزيز قدرات الإنسان، فإن استمرار البحث والتطور سيؤدي إلى اكتشافات تساعد التقنية على التطور وتصبح أكثر قوة. من الطب، المستشعرات، الطاقة، والمركبات الكهربائية إلى الرقمنة والكم، تستعد تكنولوجيا الليزر لتحويل مناطق واسعة من حياتنا.

انقر هنا لتتعرف على كل شيء حول الاستثمار في التقنيات الخمس الأكثر وعدًا.