Laserit tulevat näyttelemään keskeistä roolia tulevina vuosikymmeninä teknologian kehittyessä

Laser, lyhenne sanoista Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, on laite, joka säteilee valoa tietyillä aallonpituuksilla ja vahvistaa sitä tuottaen erittäin kapean, erittäin kirkkaan säteilysäteen, joka on kohdistettu pieneen pisteeseen. On olemassa monia laserityyppejä, kuten kuitulaserit, kaasulaserit, kiinteän aineen laserit, värilaserit ja diode-laserit, joilla kaikilla on yhteinen peruskomponenttien joukko.

Tänään laserit ovat keskeinen osa monia päivittäin käyttämämme tuotteita, kuluttajatuotteista kuten Blu-Ray, CD- ja DVD-soittimet sekä viivakoodiskannerit laser-tulostimiin ja LASIK-silmäsiruuhun. Niitä käytetään myös mittaamiseen, leikkaamiseen, kaivertamiseen, poraamiseen ja merkitsemiseen laajalla materiaalivalikoimalla.

Ensimmäinen laser kehitettiin vuonna 1960 Albert Einsteinin stimuloidun emissio -työn pohjalta, mikä johti hänen saamaansa Nobel-palkintoon vuonna 1921. Siitä lähtien globaali laserteknologian markkina on kasvanut merkittävästi, ja sen odotetaan saavuttavan arvon 25,6 miljardia dollaria vuoteen 2027 mennessä.

Laserteknologian sovellukset

Laser on osoittautunut äärimmäisen käytännölliseksi työkaluksi, koska se tuottaa monochromisia, hallittuja ja tarkasti suuntautuneita valonsäteitä. Suuri osa sen tärkeistä nykyaikaisista sovelluksista löytyy kuituoptisesta viestinnästä, laserkoneistuksesta ja -valmistuksesta, jäljennäisaineiden tunnistuksesta, laserimetriikasta ja lääketieteellisestä kuvantamisesta. 

Vaikka valon tiede itsessään ei ole muuttunut, laserteknologia on kehittynyt nopeasti vuosien varrella. Näin ollen, vaikka ne keksittiin vuosikymmeniä sitten, kehittyvä teknologia on vihdoin mahdollistanut laserien aloittavan roolin, jonka olemme aina kuvitelleet niille. 

Tarkastellaanpa nyt viimeisimpiä edistysaskeleita ja kaikkea, mitä tämä teknologia mahdollistaa eri teollisuudenaloilla!

Viestintä 

Mahdollistamalla turvallisten verkkojen luomisen, jotka voivat siirtää valtavia määriä dataa suurella nopeudella, paremmalla tehokkuudella ja parannetulla turvallisuudella, laserteknologia nousee pelin muuttajaksi satelliittiviestinnässä. Tämän seurauksena globaalia avaruuspohjaista laserviestintämarkkinaa odotetaan nelinkertaistuvan vuoteen 2031 mennessä, Straits Researchin mukaan.

Tässä kontekstissa laser tarjoaa laajan valikoiman sovelluksia, kuten satelliittien välistä viestintää ja satelliitti-maahan -yhteyksiä. Kun kiertoradalla olevien satelliittien määrä kasvaa, avaruuspohjaiset laserviestintäjärjestelmät tulevat entistä kriittisemmiksi satelliittiviestintäjärjestelmissä.

Viime aikoina NASA suoritti ensimmäisen onnistuneen testinsä Deep Space Optical Communications (DSOC) -järjestelmälle, seuraavan sukupolven viestiyhteydelle, joka lähettää tietoa laservalon avulla. Osana sarjaa testejä, joita NASA tekee syvän avaruuden viestinnän nopeuttamiseksi, tämä oli tähän mennessä kauimpana toteutettu laserviestintä. Jos testit onnistuvat, NASA:n viranomaiset odottavat, että tulevina vuosikymmeninä astronautit käyttävät sitä maavalvonnan välineenä.

Vaikka laserviestintä kohtaa monia haasteita, erityisesti ilmakehän suhteen, innovatiivisia tekniikoita kuten adaptiivinen optiikka, säteen ohjaus ja virheenkorjausalgoritmit tutkitaan näiden vaikutusten lieventämiseksi, mikä edistää laserviestinnän käytännön toteutusta. 

Joten, vaikka avaruus on perinteisesti ollut laserviestinnän käyttöalue, tutkimus, kehitys ja investoinnit tapahtuvat lisäämään laserviestinnän käytännön käyttöä. Sen kaistanleveyden kasvattaminen ja toiminta erilaisissa ilmakehän olosuhteissa laajentaa laserviestinnän soveltamista puolustus-, siviili-, kaupallisilla ja maatalousmarkkinoilla.

Kansainvälisessä yhteisössä standardointipyrkimykset ovat myös käynnissä varmistamaan laserviestintäjärjestelmien yhteensopivuus ja laajamittainen käyttöönotto.

Puolustus

Asevoimasektori keskittyy laseraseiden kehittämiseen niiden helpon käytön, tarkkuuden ja sivuvaikutusten puuttumisen vuoksi. Lisäksi, kun armeijat ympäri maailmaa hankkivat laajasti tappavia droneja, laseraseiden kyvykkyydestä on tullut keskeinen kohde kaikille sotilasvoimille.

Viime vuonna spekuloitiin, että Venäjä oli ensimmäinen maa, joka käytti laseraseita, Persevet- ja Zadira-järjestelmiä, taistelussa polttaen vihollisen droneja. Yhdysvallat on myös edistämässä laserpohjaista ilmapuolustusta.

Ja aiemmin tänä vuonna Lockheed Martinin taktinen laserase DEIMOS-järjestelmä saavutti ‘ensimmäisen valon’ virstanpylvään. Yhdysvaltain yritys on myös osa Israelin ensimmäistä laserpohjaista Iron Beam -ilmapuolustusjärjestelmää, joka pystyy ampumaan alas vihollisen lentokoneita, raketteja, UAV:ita ja kranaatteja suuntaamalla laser säteitä niihin.

Kun laserjärjestelmät saavat jalansijaa, tutkijat ovat löytäneet uuden tavan merkittävästi lisätä kuitulaserien tehoa säilyttäen samalla niiden säteenlaadun, mikä tekee niistä tulevaisuuden keskeisen puolustusteknologian edullisia droneja vastaan.

Tämä läpimurto sisältää multimodaalisen optiikkakuidun mahdollisen käytön, mikä nostaa kuitulaserien tehooutputia 3–9-kertaisesti heikentämättä säteen laatua. Saavuttamalla tämän, laserit voivat tehokkaasti kohdistaa kaukaisia kohteita, tuottaen äärimmäisen korkean tehooutputin. Tämä lisääntynyt tehooutput parantaa kuitulaserien hyödyllisyyttä, tehden niistä entistä arvokkaampia puolustusteollisuudelle.

Toinen sotilaallinen supervalta, Kiina, on myös tehnyt merkittäviä edistysaskeleita laseraseissa, ja muutama kuukausi sitten kiinalaiset sotilaslääketieteilijät väittivät kehittäneensä uuden jäähdytysjärjestelmän, jonka avulla korkeaenergiset laserit voivat toimia ‘äärettömästi’ ilman jätölämmön kertymistä, mikä on suuri tekninen haaste laseraseiden kehityksessä.

Tämän avulla aseet voivat nyt tuottaa laser-säteitä niin kauan kuin haluavat ilman keskeytyksiä tai suorituskyvyn heikkenemistä. Uusi järjestelmä, joka käyttää kehittyneitä rakenteita, voi merkittävästi muuttaa puolustustilan kuvaa lisäämällä kantamaa ja vahinkoa, pidentämällä sitoutumisaikoja ja vähentämällä kustannuksia.

Klikkaa tästä parhaiden avaruus- ja puolustusosakkeiden listaan.

Terveys

Puolustuksen ohella laserteknologiaa käytetään laajasti terveydenhuollossa sen korkean tarkkuuden, tuottavuuden, kestävyyden ja mukautuvuuden vuoksi. Alalla teknologiaa hyödynnetään uusien proteesien ja työkalujen kehittämiseen terveyssovelluksiin, kun taas terveydenhuollon laitevalmistajat käyttävät laseja suunnitellakseen ja kehittääkseen uusia lääketieteellisiä laitteita kätevästi.

Laserin käyttö vähentää työvoima- ja muita kustannuksia valmistuksessa. Se voi myös tunnistaa väärennetyt tuotteet klinikoilla ja sairaaloissa. Lisäksi kirurgit voivat suorittaa monimutkaisia kirurgisia toimenpiteitä helposti laserin avulla.

Oftalmologiasta, hammaslääketieteestä ja dermatologiasta urologiaan laserteknologiaa hyödynnetään yhä enemmän terveydenhuollossa, hoitaen sydänsairauksia, glaukoomaa, kasvaimia, syöpiä, suonikohjuja, eturauhassairauksia, polvivammoja ja munuaiskiviä. Laserpohjaiset ultraäänijärjestelmät tarjoavat samalla kehon sisäisten ominaisuuksien kuvia ja mahdollisuuden seurata taudin vaiheita ajan myötä.

Lisäksi laserteknologiaa käytetään ei-invasiivisiin lääketieteellisiin hoitoihin, kuten valikoiva lasertrabekuloplastia, fotodynamiikkaterapia, tatuointien poisto, ihon nuorentaminen, matalan tason laserhoito (LLLT) ja karvanpoisto. Matala-tason laserhoito (LLLT) erottuu erityisesti hammaslääketieteessä, tarjoten merkittävän edun turvallisuuden ja potilaan mukavuuden suhteen, eikä se perustu lääkehoitoihin.

Lisäksi, siitä lähtien kun FDA myönsi ensimmäisen kerran laserille hyväksynnän terapeuttiseen käyttöön ihmisillä yli kaksi vuosikymmentä sitten, laserhoito ja sen terapeuttiset sovellukset ovat kehittyneet merkittävästi ja niitä käytetään laajasti kivunlievitykseen, kudosten regenerointiin ja yleisen hyvinvoinnin edistämiseen.

Sen lisäksi laserien käyttöä hyönteisten, kuten hyttysten, puremien estämiseen ja tautien leviämisen ehkäisyyn on kehitetty. Tuotteet kuten Photonic Fence Monitoring Device (PFMD) seuraavat lentäviä hyönteisiä ja eliminoivat ne kohteina tunnistamalla ne laserenergiaa hyödyntävällä mikropurskeella. PFMD:n ensimmäinen sovellus on testata suunnittelua ja tehokkuutta vektorikontrollitoimenpiteissä haitallisia hyönteisiä vastaan maatalous-, hotelli-, hallitus-, sotilas- ja asuinalueiden tuholaistorjuntamarkkinoilla.

Klikkaa saadaksesi listan kymmenestä parhaasta terveydenhuollon osakkeesta.

Analyysi ja kokeilu 

Laserteknologia näyttelee keskeistä roolia erilaisilla analyysi- ja kokeilualoilla ainutlaatuisten ominaisuuksiensa, tarkkuutensa ja monipuolisuutensa ansiosta. 

Atomifysiikassa ja molekyylifysiikassa tutkijat käyttävät laseja hidastaakseen ja ansaitakseen atomeja äärimmäisen matalissa lämpötiloissa. Laseja käytetään myös kvanttistilojen hallintaan, ja niiden säädettävä valonlähde auttaa tutkimaan atomien ja molekyylien energiatasoja ja siirtymiä.

Laserjäähdytys, joka esiteltiin ensimmäisen kerran 40 vuotta sitten ja mullisti atomifysiikan, sitä käytetään nykyään antimaterian tutkimuksessa. Laservalon avulla antimaterian atomien liikkeen hallinta tarjoaa mullistavia mahdollisuuksia tuleviin kokeisiin, kuten anti-atomisuihkulähteisiin ja antimateriamolekyylien luomiseen.

Vuonna 2021 CERNin ALPHA-yhteistyö onnistui jäähdyttämään antihydrogeniatomeja, atomimaterian yksinkertaisinta muotoa, laservalon avulla, mikä nähtiin ‘pelin muuttajaksi spektroskopisissa ja gravitaatiomittauksissa’.

Samaan aikaan tehdään tutkimusta hiukkaskiihtyvyyden perustamisesta laser-plasman vuorovaikutukseen, jotta voidaan ymmärtää maailmankaikkeutta. Tämän lisäksi, kun ymmärretään elollisten olentojen evoluutiota kemiallisten reaktioiden kautta, tällaisen teknologian kyky auttaa syövän hoidossa, tarjoten vaihtoehdon perinteiselle röntgen-sädehoidolle. Laser-plasman vuorovaikutukseen perustuva hiukkaskiihtyvyys mahdollistaa erittäin korkeiden energioiden saavuttamisen hyvin pienillä etäisyyksillä, mikä voi johtaa merkittäviin tilavuusvoittoihin.

Laserteknologiaa hyödynnetään myös nanomateriaalien valmistukseen, joilla on erityiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet, ja useita laser-pohjaisia prosesseja on kehitetty nanomateriaalien tuotantoon, kuten laseravusteinen reduktio, laserleikkaus ja laserablatio.

Puhdas energia / ydinfuusio

Uusiutuvan energian jatkuva kasvu maailmanlaajuisesti tarjoaa yhä enemmän mahdollisuuksia laserprosessointitekniikoille. Puhdasenergia-alalla laserteknologiaa käytetään uusien energian tuotantolaitteiden valmistukseen sekä voimalaitosten elinkaaren lopussa tapahtuvaan purkamiseen.

Valmistuksen lisäksi laseria voidaan käyttää päällystämiseen, joka tunnetaan myös laser metallidepositiona, parantaen käsiteltävien pintojen ominaisuuksia. Mikrokaasuturbiinin komponentit voivat puolestaan hyötyä kuitulaserin puhdistuksesta.

Aurinkoenergiaa ajatellen laserin avulla tehdyt kontaktit osoittavat lupausta aurinkokennojen tehokkuuden parantamisessa, ja niitä käytetään puolijohdelevyjen leikkaamiseen ja merkkaamiseen sekä suurten aurinkopaneelien yksittäisten kennojen sähköpiirien erottamiseen.

Tulevaisuudessa saatamme nähdä laserien käytön uuden sukupolven aurinkopaneelien luomisessa sekä akkujen valmistuksessa, jotka varastoivat uusiutuvista lähteistä tuotettua energiaa.

Laserteknologiaa nähdään myös ydinfuusiosta. Vuosi sitten Yhdysvaltain energiaministeri ilmoitti läpimurrosta laserpohjaisessa ydinfuusiossa, jossa tutkimuslaboratorio tuotti pienen auringon Maassa. Tässä kokeessa käytetty valonlähde oli maailman suurin laser, jossa oli 192 sädelinjaa tuottamassa pulssia. Laserisäde tuotti 54 % enemmän energiaa kuin siihen syötettiin.

Tänä vuonna 192 laseria murskasi pienen kapselin, joka oli täytetty deuteriumilla ja tritiumilla, raskailla vedyn isotoopeilla, aiheuttaen fuusioreaktion, joka tuotti enemmän energiaa kuin laserisäteet kohteeseen kohdistuivat.

Michael Campbellin, entisen Rochesterin yliopiston laserfuusio-laboratorion johtajan, mukaan:

“Seuraavien vuosien aikana 5–10 MJ:n tuotot ovat erittäin mahdollisia.”

Tietenkin tähän tarvitaan korkeaenergiaisia, korkean keskimääräisen tehon pulssilaseja, jotka on rakennettu linjassa vaihdettaviksi yksiköiksi, mikä johtaa moniin uusiin teollisiin sovelluksiin.

Klikkaa tästä saadaksesi listan parhaista uusiutuvan energian osakkeista.

Laserteknologiaan keskittyvät yritykset 

Tarkastellaanpa nyt merkittäviä yrityksiä, jotka kehittävät laser- tai laserpohjaista teknologiaa:

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

Johtava puolustus- ja avaruusyritys, joka on myös mukana ydinfuusiotutkimuksessa, omaa markkina-arvon 111,74 miljardia dollaria ja 12 kuukauden (TTM) liikevaihdon 67,68 miljardia dollaria.

Kauppa- hinta on 450,4 dollaria, Lockheedin osakekurssi on laskenut 7,42 % tänä vuonna, ja se tarjoaa osinkotuoton 2,80 %. Yrityksen EPS (TTM) on 27,38 ja P/E (TTM) 16,45.

Viime vuonna Lockheed toimitti korkeaenergiaisen laserasejärjestelmän Yhdysvaltain puolustusministeriölle, ja tänä vuonna Yhdysvaltain armeija myönsi yritykselle jälleen sopimuksen kehittää epäsuoran tulen suojauksen laserprototyyppi.

#2. Coherent, Inc. (COHR)

Johtava laserjärjestelmien valmistaja erilaisiin sovelluksiin, kuten viestintään, materiaalinkäsittelyyn ja lääketieteeseen, Coherent Corp. (COHR ):lla on markkina-arvo 5,45 miljardia dollaria.

Kirjoitushetkellä sen osakkeet käyvät 36,02 dollarilla, nousussa 2,62 % vuoden alusta (YTD). Viimeisen 12 peräkkäisen kuukauden aikana Coherent raportoi 4,869 miljardin dollarin liikevaihdon, ja sen EPS (TTM) oli -3,01 sekä P/E (TTM) -11,96.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

Yritys tuottaa laserratkaisuja, joita käytetään materiaalinkäsittelyssä, lääketieteessä ja edistyneissä sovelluksissa. Muutama kuukausi sitten IPG Photonics (IPGP ) lanseerasi kaksisädeisen laserin, jossa on ‘korkein’ yksimoodinen ytimen teho.

Osallistuen myös puhtaan energian tutkimukseen, IPG Photonicsin osakkeet käyvät 95,62 dollarilla, ja sen liikevaihto (TTM) on 1,32 miljardia dollaria. Yrityksellä on EPS (TTM) 1,82 ja P/E (TTM) 52,40.

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

Northrop Grumman (NOC ) on globaali avaruus- ja puolustusalan yritys, jonka markkina-arvo on 70,8 miljardia dollaria. Se on myös mukana laserjärjestelmien kehittämisessä puolustussovelluksiin.

Lokakuussa 2023 Pentagonin Space Development Agency myönsi Northrop Grummanille 732 miljoonan dollarin sopimuksen 38 ‘tiedonsiirto’ -satelliitin rakentamisesta osana Proliferated Warfighter Space Architecture -ohjelmaa, jonka virasto on rakentamassa.

Tällä hetkellä Northrop Grummanin osakkeet käyvät 469,58 dollarilla, laskussa 13,9 % YTD. Yrityksen liikevaihto (TTM) on 38,685 miljardia dollaria ja se tarjoaa osinkotuoton 1,59 %.

#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO) 

Yritys tarjoaa analyysilaitteita, mukaan lukien laserteknologiaan perustuvat, sekä kulutustarvikkeita, joita käytetään lääketieteellisessä tutkimuksessa, tautien diagnosoinnissa sekä uusien lääkkeiden löytämisessä ja tuotannossa.

Thermo Fisherin osakekurssi on laskenut 11,47 % tänä vuonna, ja se käy nyt 487,53 dollarilla. Yrityksen markkina-arvo on 188,36 miljardia dollaria, liikevaihto (TTM) 43,421 miljardia dollaria, ja se maksaa osinkotuoton 0,29 % samalla kun EPS (TTM) on 15,27 ja P/E (TTM) -suhde 31,93.

Yhteenveto

Kuten näimme, laseriteknologialla on valtava potentiaali, ja sen soveltaminen eri aloilla kasvaa. Vaikka laserit jo nyt laajentavat ihmiskunnan kykyjä, tutkimuksen ja kehityksen jatkuessa läpimurrot auttavat teknologiaa kehittymään ja tulemaan entistä voimakkaammaksi. Lääketieteestä, antureista, energiasta ja sähköajoneuvoista digitalisaatioon ja kvanttiteknologiaan, laseriteknologia on valmis mullistamaan laajoja elämämme osa-alueita.

Klikkaa tästä oppiaksesi kaiken viiden lupaavimman teknologian sijoittamisesta.