Energía
Los láseres están destinados a desempeñar un papel fundamental en las próximas décadas a medida que avanza la tecnología
Laser, abreviatura de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, es un dispositivo que emite luz a longitudes de onda particulares y amplifica esa luz para producir un haz de radiación muy estrecho y muy brillante enfocado en un punto diminuto. Hay muchos tipos de láseres, incluidos los láseres de fibra, láseres de gas, láseres de estado sólido, láseres de colorante y láseres de diodo, todos los cuales comparten un conjunto básico de componentes.
Hoy en día, los láseres son una parte clave de muchos de los productos que usamos a diario, desde productos de consumo como Blu‑Ray, CD, reproductores de DVD y escáneres de códigos de barras hasta impresoras láser y cirugía ocular LASIK. También se utilizan para medir, cortar, grabar, perforar y marcar una amplia gama de materiales.
El primer láser se desarrolló en 1960, basándose en el trabajo de Albert Einstein sobre emisión estimulada, lo que le valió el Premio Nobel de 1921. Desde entonces, el mercado global de tecnología láser ha crecido significativamente y se pronostica que alcanzará un valor de 25.600 millones de dólares para 2027.
Aplicación de la tecnología láser
El láser ha demostrado ser una herramienta extremadamente práctica gracias a la entrega de haces de luz monocromáticos, controlados y dirigidos con precisión. Gran parte de sus importantes aplicaciones modernas se encuentran en la comunicación por fibra óptica, el mecanizado y fabricación con láser, la detección de trazas de elementos, la metrología láser y la imagen médica.
Aunque la ciencia de la luz en sí no ha cambiado, la tecnología láser ha avanzado rápidamente a lo largo de los años. Así, aunque se inventó hace décadas, la tecnología en evolución ha permitido finalmente que los láseres comiencen a desempeñar el papel que siempre hemos imaginado para ellos.
Ahora, ¡echemos un vistazo a los últimos avances y a todo lo que esta tecnología está haciendo posible en diversas industrias!
Comunicación
Al permitir la creación de redes seguras que pueden transmitir enormes cantidades de datos a gran velocidad, mayor eficiencia y mejor seguridad, la tecnología láser está emergiendo como un factor de cambio en las comunicaciones satelitales. Como resultado, se espera que el mercado global de comunicaciones láser basadas en el espacio se cuadruplique para 2031, según Straits Research.
En este ámbito, el láser ofrece una amplia gama de aplicaciones como comunicaciones entre satélites y conectividad satélite‑tierra. Y a medida que el número de satélites en órbita sigue creciendo, las comunicaciones láser basadas en el espacio se volverán aún más críticas en los sistemas de comunicaciones satelitales.
Recientemente, la NASA realizó la primera prueba exitosa de su sistema de Comunicaciones Ópticas de Espacio Profundo (DSOC), un enlace de comunicaciones de próxima generación que envía información mediante luz láser. Como parte de una serie de pruebas que la NASA está realizando para acelerar las comunicaciones en el espacio profundo, esta fue la comunicación láser más distante hasta la fecha. Si tiene éxito, los funcionarios de la NASA esperan que los astronautas en las próximas décadas la utilicen como su medio de comunicación con el control terrestre.
A pesar de que las comunicaciones láser enfrentan muchos desafíos, especialmente en términos atmosféricos, se están explorando técnicas innovadoras como óptica adaptativa, direccionamiento de haces y algoritmos de corrección de errores para mitigar estos efectos, lo que avanzará la implementación práctica de las comunicaciones láser.
Así, aunque el espacio ha sido el uso típico de las comunicaciones láser, la investigación, el desarrollo y la inversión están en marcha para aumentar el uso práctico de las comunicaciones láser. Incrementar su ancho de banda y operar en una variedad de condiciones atmosféricas ampliará la implementación de las comunicaciones láser en los mercados de defensa, civil, comercial y agrícola.
En la comunidad internacional, también se están llevando a cabo esfuerzos de estandarización para garantizar la interoperabilidad y la adopción generalizada de los sistemas de comunicación láser.
Defensa
La industria militar se está enfocando en desarrollar armas láser por su facilidad de operación, precisión y ausencia de daños colaterales. Además, con la adquisición generalizada de drones letales por parte de los ejércitos en todo el mundo, las capacidades de las armas láser se han convertido en un punto focal para todas las fuerzas militares.
El año pasado, se especuló que Rusia se había convertido en el primer país en usar armas láser, el Persevet y el Zadira, en combate para quemar drones enemigos. EE. UU. también ha estado avanzando en el trabajo sobre defensa aérea basada en láser.
Y a principios de este año, el sistema de arma láser táctica DEIMOS de Lockheed Martin alcanzó su hito de “primera luz”. La empresa estadounidense también forma parte del sistema de defensa aérea basado en láser Iron Beam, pionero de Israel, que es capaz de derribar aviones enemigos, cohetes, UAVs y morteros al dirigirles haces láser.
A medida que los sistemas láser ganan tracción, los científicos también han encontrado una nueva forma de aumentar significativamente la potencia de los láseres de fibra mientras mantienen la calidad del haz, convirtiéndolos en una futura tecnología clave de defensa contra drones de bajo costo.
Este avance implica el uso potencial de fibra óptica multimodo para aumentar significativamente la potencia de salida de los láseres de fibra, de 3 a 9 veces, sin degradar la calidad del haz. Al lograr esto, permite que estos láseres se enfoquen eficazmente en objetivos distantes, resultando en una salida de potencia extremadamente alta. Este aumento de potencia mejora la utilidad de los láseres de fibra, haciéndolos aún más valiosos para la industria de defensa.
Otra superpotencia militar, China, también ha estado realizando importantes avances en armas láser, y hace unos meses, científicos militares chinos afirmaron haber desarrollado un nuevo sistema de enfriamiento que permite que los láseres de alta energía operen “infinitamente” sin acumulación de calor residual, un gran desafío técnico para el desarrollo de armas láser.
Con esto, las armas pueden generar haces láser durante el tiempo que deseen sin interrupción ni degradación del rendimiento. El nuevo sistema, que utiliza estructuras avanzadas, tiene el potencial de cambiar significativamente el panorama de la defensa al aumentar el alcance y el daño, extender los tiempos de compromiso y reducir costos.
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Salud
Además de la defensa, la tecnología láser también se utiliza extensamente en el cuidado de la salud debido a su alta precisión, productividad, sostenibilidad y adaptabilidad. En el sector, la tecnología se está usando para desarrollar nuevas prótesis y herramientas para aplicaciones médicas, mientras que los fabricantes de equipos médicos utilizan láseres para diseñar y desarrollar nuevos equipos médicos de forma conveniente.
El uso de láseres reduce la mano de obra y otros costos en la fabricación. También puede identificar productos falsificados en clínicas y hospitales. Además, los cirujanos pueden realizar procedimientos quirúrgicos complejos fácilmente con láseres.
Desde oftalmología, odontología y dermatología hasta urología, la tecnología láser está viendo un uso creciente en la salud, con problemas como enfermedades cardíacas, glaucoma, tumores, cánceres, venas varicosas, problemas de próstata, lesiones de rodilla y cálculos renales siendo tratados con ella. Los sistemas de ultrasonido basados en láser, mientras tanto, proporcionan imágenes de características internas del cuerpo y tienen el potencial de rastrear etapas de enfermedades a lo largo del tiempo.
Además de esto, la tecnología láser también se usa en tratamientos médicos no invasivos como trabeculoplastia láser selectiva, terapia fotodinámica, eliminación de tatuajes, rejuvenecimiento de la piel, terapia láser de bajo nivel y depilación. La terapia láser de bajo nivel (LLLT), en particular, destaca en odontología por ofrecer una ventaja distintiva en términos de seguridad y comodidad del paciente y no depender de intervenciones farmacéuticas.
Además, desde que la FDA otorgó por primera vez la autorización para un láser en una aplicación terapéutica para uso humano hace más de dos décadas, la terapia láser y sus aplicaciones terapéuticas han evolucionado enormemente y se utilizan prominentemente para alivio del dolor, regeneración de tejidos y la promoción del bienestar general.
Luego, está el uso de láseres para evitar que los mosquitos piquen a los humanos y propaguen enfermedades. Productos como el Dispositivo de Monitoreo de Cerca Fotónica (PFMD) monitorean insectos en vuelo y eliminan a los identificados como objetivo disparándolos con una microexplosión de energía láser. La primera aplicación del PFMD es probar el diseño y la efectividad de medidas de control de vectores contra incursiones de insectos nocivos en los mercados de agricultura, hostelería, gobierno, militar y control de plagas residenciales.
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Análisis y experimentación
La tecnología láser desempeña un papel crucial en varios campos de análisis y experimentación debido a sus propiedades únicas, precisión y versatilidad.
En la física atómica y molecular, investigadores y científicos están usando láseres para ralentizar y atrapar átomos a temperaturas extremadamente bajas. Además de usar láseres para controlar estados cuánticos, su fuente de luz sintonizable ayuda a estudiar los niveles de energía y transiciones en átomos y moléculas.
El enfriamiento láser, que se demostró por primera vez hace 40 años y revolucionó la física atómica para ser usado en estudios sobre información cuántica, gases cuánticos degenerados, relojes atómicos y pruebas de física fundamental, ahora se está aplicando a la antimateria. La capacidad de manipular el movimiento de átomos de antimateria mediante luz láser se espera que proporcione oportunidades revolucionarias para futuros experimentos, como fuentes de átomos anti-fuente y la creación de moléculas de antimateria.
En 2021, la colaboración ALPHA en CERN logró enfriar átomos de antihidrógeno, la forma más simple de antimateria atómica, usando luz láser, lo que se considera un “cambio de juego para mediciones espectroscópicas y gravitacionales”.
Mientras tanto, también se está investigando la aceleración de partículas basada en la interacción láser‑plasma para comprender el universo. Además de comprender la evolución de todos los seres vivos mediante la comprensión de reacciones químicas, la capacidad de dicha tecnología también ayuda en el tratamiento del cáncer, donde podría proporcionar una alternativa a la radioterapia convencional de rayos X. La tecnología de aceleración de partículas basada en la interacción láser‑plasma permite alcanzar energías muy altas en distancias muy pequeñas, lo que potencialmente conduce a ganancias muy significativas en términos de volumen.
La tecnología láser también se utiliza para producir nanomateriales con características químicas y físicas distintas, con varios procesos basados en láser desarrollados para la fabricación de nanomateriales, como reducción asistida por láser, exfoliación láser y ablación láser.
Energía limpia / Fusión nuclear
El continuo crecimiento de la energía renovable en todo el mundo está presentando oportunidades crecientes para técnicas de procesamiento con láser. En la industria de energía limpia, la tecnología láser se usa en la fabricación de nuevos equipos para generación de energía así como en la desmantelación de plantas de energía al final de su vida.
Además de su uso en la fabricación, los láseres pueden usarse en recubrimiento, también conocido como deposición metálica con láser, y mejorar las propiedades de las superficies que tratan. Los componentes de microturbinas, mientras tanto, pueden beneficiarse de la limpieza con láser de fibra.
En lo que respecta a la energía solar, los contactos disparados por láser están mostrando promesas para mejorar la eficiencia de las células solares y se usan en el corte y marcado de obleas semiconductoras así como en la separación de los circuitos eléctricos de las celdas individuales de grandes paneles solares.
En el futuro, podríamos ver láseres usados para crear una nueva generación de paneles solares así como la producción de baterías para almacenar la energía generada por fuentes renovables.
La tecnología láser también se observa en la fusión nuclear. Hace un año, el Secretario de Energía de EE. UU. anunció un avance en la fusión nuclear basada en láser en el que un laboratorio de investigación produjo un pequeño sol en la Tierra. La fuente de luz utilizada en este experimento era el láser más grande del mundo, que utilizó 192 líneas de haz para generar pulsos. Los haces láser produjeron un 54 % más de energía de la que se les suministró.
Este año, los 192 láseres aplastaron una pequeña cápsula llena de deuterio y tritio, isótopos pesados del hidrógeno, provocando una reacción de fusión que produjo más energía que los haces láser que incidiron sobre el objetivo durante el proceso.
Según Michael Campbell, exdirector del laboratorio de fusión láser en la Universidad de Rochester, que ahora está en la Universidad de California:
“En los próximos años, rendimientos de 5 a 10 MJ son muy posibles.”
Pero, por supuesto, para eso necesitaremos láseres pulsados de alta energía y alta potencia promedio construidos como unidades reemplazables en línea, lo que conducirá a muchas nuevas aplicaciones industriales.
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Empresas centradas en la tecnología láser
Ahora, echemos un vistazo a las empresas prominentes que están desarrollando tecnología láser o basada en láser:
#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)
La principal empresa de defensa y aeroespacial, que también está involucrada en la investigación de fusión nuclear, tiene una capitalización de mercado de 111,74 mil millones de dólares y unos ingresos de los últimos 12 meses (TTM) de 67,68 mil millones de dólares.
(LMT )
Cotizando a 450,4 $, el precio de la acción de Lockheed ha bajado un 7,42 % este año mientras ofrece un rendimiento de dividendo del 2,80 %. El EPS (TTM) de la compañía es 27,38, y el P/E (TTM) es 16,45.
El año pasado, Lockheed entregó un sistema de arma láser de alta energía al Departamento de Defensa de EE. UU., y este año, el Ejército de EE. UU. volvió a otorgar a la compañía un contrato para desarrollar un prototipo de láser de capacidad de protección contra fuego indirecto.
#2. Coherent, Inc. (COHR)
Un fabricante líder de sistemas láser para diversas aplicaciones, incluidas comunicación, procesamiento de materiales y medicina, Coherent Corp. tiene una capitalización de mercado de 5,45 mil millones de dólares.
(COHR )
Al momento de escribir, sus acciones cotizan a 36,02 $, con un aumento del 2,62 % en lo que va del año (YTD). Durante los últimos 12 meses consecutivos, Coherent reportó ingresos de 4,869 mil millones de dólares y tuvo un EPS (TTM) de -3,01 y un P/E (TTM) de -11,96.
#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)
La empresa produce soluciones láser que se utilizan en el procesamiento de materiales, medicina y aplicaciones avanzadas. Hace unos meses, IPG Photonics lanzó un láser de doble haz con la ‘mayor’ potencia de núcleo de modo único.
(IPGP )
También involucrada en la investigación de energía limpia, las acciones de IPG Photonics cotizan a 95,62 $, con ingresos (TTM) reportados de 1,32 mil millones de dólares. La compañía tiene un EPS (TTM) de 1,82 y un P/E (TTM) de 52,40.
#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)
Northrop Grumman es una empresa global de aeroespacial y defensa con una capitalización de mercado de 70,8 mil millones de dólares. También está involucrada en el desarrollo de sistemas láser para aplicaciones de defensa.
En octubre de 2023, la Agencia de Desarrollo Espacial del Pentágono otorgó a Northrop Grumman un contrato de 732 millones de dólares para construir 38 satélites de “transporte de datos” como parte de la Arquitectura Espacial del Combatiente Proliferado que la agencia está construyendo.
(NOC )
Actualmente, las acciones de Northrop Grumman cotizan a 469,58 $, con una caída del 13,9 % YTD. La compañía tiene ingresos (TTM) de 38,685 mil millones de dólares y ofrece un rendimiento de dividendo del 1,59 %.
#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO)
La empresa proporciona instrumentos analíticos, incluidos los basados en tecnología láser, y consumibles utilizados en investigación médica, diagnóstico de enfermedades y descubrimiento y producción de nuevos fármacos.
(TMO )
El precio de la acción de Thermo Fisher ha bajado un 11,47 % este año, cotizando ahora a 487,53 $. La compañía tiene una capitalización de mercado de 188,36 mil millones de dólares, reportó ingresos (TTM) de 43,421 mil millones de dólares y paga un rendimiento de dividendo del 0,29 % mientras tiene un EPS (TTM) de 15,27 y una relación P/E (TTM) de 31,93.
Conclusión
Como vimos, la tecnología láser tiene un inmenso potencial y está viendo su implementación en varios campos. Mientras los láseres ya están ampliando la capacidad humana, a medida que la investigación y el avance continúan, los descubrimientos ayudarán a que la tecnología evolucione y se vuelva aún más poderosa. Desde la medicina, sensores, energía y vehículos eléctricos hasta la digitalización y la cuántica, la tecnología láser está preparada para transformar vastas áreas de nuestras vidas.
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