I laser sono destinati a svolgere un ruolo fondamentale nei prossimi decenni con l’avanzare della tecnologia

Il laser, abbreviazione di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, è un dispositivo che emette luce a lunghezze d’onda specifiche e amplifica tale luce per produrre un fascio di radiazione molto stretto e molto luminoso focalizzato su un punto minuscolo. Esistono molti tipi di laser, tra cui laser a fibra, laser a gas, laser a stato solido, laser a colorante e laser a diodi, tutti con un insieme di componenti di base.

Oggi, i laser sono una parte fondamentale di molti dei prodotti che utilizziamo quotidianamente, dai prodotti di consumo come Blu‑Ray, CD, lettori DVD e scanner di codici a barre alle stampanti laser e alla chirurgia oculare LASIK. Vengono inoltre impiegati per misurare, tagliare, incidere, forare e marcare un’ampia gamma di materiali.

Il primo laser fu sviluppato nel 1960, basandosi sul lavoro di Albert Einstein sull’emissione stimolata, che gli valse il Premio Nobel del 1921. Da allora, il mercato globale della tecnologia laser è cresciuto notevolmente e si prevede che raggiungerà un valore di 25,6 miliardi di dollari entro il 2027.

Applicazione della Tecnologia Laser

Il laser si è dimostrato uno strumento estremamente pratico grazie alla capacità di fornire fasci di luce monocromatici, controllati e diretti con precisione. Gran parte delle sue importanti applicazioni moderne si trovano nelle comunicazioni in fibra ottica, nella lavorazione e fabbricazione laser, nella rilevazione di elementi traccia, nella metrologia laser e nell’imaging medico. 

Mentre la scienza della luce stessa non è cambiata, la tecnologia laser è progredita rapidamente nel corso degli anni. Così, sebbene inventati decenni fa, i progressi tecnologici hanno finalmente permesso ai laser di assumere il ruolo che abbiamo sempre immaginato per loro. 

Ora, diamo un’occhiata agli ultimi progressi e a tutto ciò che questa tecnologia rende possibile in vari settori!

Comunicazione 

Consentendo la creazione di reti sicure in grado di trasmettere enormi quantità di dati a grande velocità, con maggiore efficienza e sicurezza migliorata, la tecnologia laser sta emergendo come un elemento di svolta nelle comunicazioni satellitari. Di conseguenza, il mercato globale delle comunicazioni laser basate nello spazio dovrebbe quadruplicare entro il 2031, as per Straits Research.

In questo ambito, il laser offre una vasta gamma di applicazioni come le comunicazioni inter-satellitari e la connettività satellite‑terra. E man mano che il numero di satelliti in orbita continua a crescere, le comunicazioni laser basate nello spazio diventeranno sempre più critiche nei sistemi di comunicazione satellitare.

Più recentemente, la NASA ha effettuato il primo test riuscito del suo sistema Deep Space Optical Communications (DSOC), un collegamento di comunicazione di nuova generazione che trasmette informazioni tramite luce laser. Nell’ambito di una serie di test volti ad accelerare le comunicazioni nello spazio profondo, questo è stato il più distante comunicazione laser finora. Se avrà successo, i funzionari della NASA prevedono che gli astronauti nei prossimi decenni lo utilizzeranno come mezzo per il controllo da terra.

Nonostante le comunicazioni laser affrontino molte sfide, soprattutto a livello atmosferico, si stanno esplorando tecniche innovative come l’ottica adattiva, la direzione del fascio e gli algoritmi di correzione degli errori per mitigare questi effetti, il che favorirà l’implementazione pratica delle comunicazioni laser.

Quindi, sebbene lo spazio abbia visto l’uso tipico delle comunicazioni laser, la ricerca, lo sviluppo e gli investimenti stanno aumentando per potenziare l’uso pratico di tali comunicazioni. L’aumento della larghezza di banda e l’operatività in diverse condizioni atmosferiche espanderà l’implementazione delle comunicazioni laser nei mercati della difesa, civile, commerciale e agricolo.

Nella comunità internazionale sono in corso anche sforzi di standardizzazione per garantire l’interoperabilità e l’adozione diffusa dei sistemi di comunicazione laser.

Difesa

L’industria militare si sta concentrando sullo sviluppo di armi laser per la loro facilità di utilizzo, precisione e assenza di danni collaterali. Inoltre, con l’ampia acquisizione di droni letali da parte delle forze armate di tutto il mondo, le capacità delle armi laser sono diventate un punto focale per tutte le forze militari.

Lo scorso anno, si è speculato che la Russia fosse diventata il primo paese a utilizzare armi laser, il Persevet e lo Zadira, in combattimento per abbattere i droni nemici. Anche gli Stati Uniti hanno avanzato lavori sulla difesa aerea basata su laser.

E all’inizio di quest’anno, il sistema di arma laser tattica DEIMOS di Lockheed Martin (LMT ) ha raggiunto il traguardo del “first light”. L’azienda statunitense è anche parte del sistema di difesa aerea Iron Beam, il primo del suo genere basato su laser in Israele, capace di abbattere aerei nemici, razzi, UAV e mortai dirigendo su di essi fasci laser.

Man mano che i sistemi laser guadagnano terreno, gli scienziati hanno scoperto un nuovo modo per aumentare significativamente la potenza dei laser a fibra mantenendo la qualità del fascio, rendendoli una futura tecnologia chiave di difesa contro i droni a basso costo.

Questa scoperta prevede l’uso potenziale di fibre ottiche multimodali per aumentare significativamente la potenza in uscita dei laser a fibra, da 3 a 9 volte, senza degradare la qualità del fascio. Raggiungendo ciò, permette a questi laser di focalizzarsi efficacemente su bersagli distanti, generando una potenza estremamente elevata. Questo aumento di potenza migliora l’utilità dei laser a fibra, rendendoli ancora più preziosi per l’industria della difesa.

Un’altra superpotenza militare, la Cina, ha anche compiuto importanti progressi nelle armi laser e, pochi mesi fa, gli scienziati militari cinesi hanno affermato di aver sviluppato un nuovo sistema di raffreddamento che consente ai laser ad alta energia di operare “infinitamente” senza accumulo di calore residuo, una sfida tecnica importante per lo sviluppo di armi laser.

Con ciò, le armi possono ora generare fasci laser per tutto il tempo desiderato senza alcuna interruzione o degrado delle prestazioni. Il nuovo sistema, che utilizza strutture avanzate, ha il potenziale di cambiare significativamente il panorama della difesa aumentando la portata e il danno, estendendo i tempi di ingaggio e riducendo i costi.

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Salute

Oltre alla difesa, la tecnologia laser è ampiamente utilizzata nel settore sanitario grazie alla sua alta precisione, produttività, sostenibilità e adattabilità. Nel settore, la tecnologia viene impiegata per sviluppare nuove protesi e strumenti per applicazioni sanitarie, mentre i produttori di apparecchiature mediche utilizzano i laser per progettare e sviluppare nuovi dispositivi medici in modo conveniente.

L’uso dei laser riduce la forza lavoro e altri costi nella produzione. Può anche identificare prodotti contraffatti in cliniche e ospedali. Inoltre, i chirurghi possono eseguire facilmente procedure chirurgiche complesse con i laser.

Dall’oftalmologia, odontoiatria e dermatologia all’urologia, la tecnologia laser sta vedendo un uso crescente nella sanità, trattando patologie come malattie cardiache, glaucoma, tumori, cancri, vene varicose, problemi alla prostata, lesioni al ginocchio e calcoli renali. I sistemi a ultrasuoni basati su laser, nel frattempo, forniscono immagini delle caratteristiche interne del corpo e hanno il potenziale di monitorare le fasi della malattia nel tempo.

Oltre a ciò, la tecnologia laser è utilizzata anche in trattamenti medici non invasivi come la trabeculoplastica laser selettiva, la terapia fotodinamica, la rimozione di tatuaggi, il ringiovanimento della pelle, la terapia laser a bassa intensità e la depilazione. La terapia laser a bassa intensità (LLLT), in particolare, si distingue in odontoiatria per offrire un vantaggio distintivo in termini di sicurezza e comfort del paziente, senza dipendere da interventi farmacologici.

Inoltre, sin dal primo via libera della FDA per un laser in un’applicazione terapeutica per uso umano più di due decenni fa, la terapia laser e le sue applicazioni terapeutiche si sono notevolmente evolute e sono ampiamente utilizzate per il sollievo dal dolore, la rigenerazione dei tessuti e la promozione del benessere generale.

Poi, c’è l’uso dei laser per impedire alle zanzare di pungere gli esseri umani e diffondere malattie. Prodotti come il Photonic Fence Monitoring Device (PFMD) monitorano gli insetti in volo ed eliminano quelli identificati come bersagli sparandoli con un micro‑burst di energia laser. La prima applicazione del PFMD è testare il design e l’efficacia delle misure di controllo dei vettori contro le incursioni di insetti nocivi nei mercati dell’agricoltura, dell’ospitalità, del governo, militare e del controllo dei parassiti residenziali.

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Analisi e Sperimentazione 

La tecnologia laser svolge un ruolo cruciale in vari campi di analisi e sperimentazione grazie alle sue proprietà uniche, precisione e versatilità. 

Nella fisica atomica e molecolare, ricercatori e scienziati utilizzano i laser per rallentare e intrappolare atomi a temperature estremamente basse. Oltre a usare i laser per controllare gli stati quantistici, la sua sorgente luminosa regolabile aiuta a studiare i livelli energetici e le transizioni negli atomi e nelle molecole.

Il raffreddamento laser, dimostrato per la prima volta 40 anni fa e che ha rivoluzionato la fisica atomica, è ora impiegato negli studi sull’informazione quantistica, gas degeneri quantistici, orologi atomici e test della fisica fondamentale, ed è ora applicato all’antimateria. La capacità di manipolare il moto degli atomi di antimateria con luce laser dovrebbe offrire opportunità rivoluzionarie per futuri esperimenti, come fontane anti‑atomiche e la creazione di molecole di antimateria.

Nel 2021, la collaborazione ALPHA al CERN è riuscita a raffreddare gli atomi di antidrone, la forma più semplice di antimateria atomica, usando luce laser, considerato un “cambio di gioco per le misurazioni spettroscopiche e gravitazionali”.

Nel frattempo, si sta conducendo ricerca sull’accelerazione di particelle basata sull’interazione laser‑plasma per comprendere l’universo. Oltre a comprendere l’evoluzione di tutti gli esseri viventi attraverso le reazioni chimiche, la capacità di tale tecnologia aiuta anche nel trattamento del cancro, dove potrebbe fornire un’alternativa alla radioterapia a raggi X convenzionale. La tecnologia di accelerazione di particelle basata sull’interazione laser‑plasma consente di raggiungere energie molto elevate su distanze molto ridotte, potenzialmente portando a guadagni significativi in termini di volume.

La tecnologia laser è inoltre impiegata per produrre nanomateriali con caratteristiche chimiche e fisiche distinte, grazie a diversi processi basati su laser sviluppati per la produzione di nanomateriali, come la riduzione assistita dal laser, l’esfoliazione laser e l’ablatore laser.

Energia Pulita / Fusione Nucleare

La continua crescita delle energie rinnovabili a livello globale sta offrendo opportunità sempre maggiori per le tecniche di lavorazione laser. Nell’industria dell’energia pulita, la tecnologia laser è utilizzata nella produzione di nuove apparecchiature per la generazione di energia e nella dismissione delle centrali elettriche al termine della loro vita.

Oltre a essere impiegati nella produzione, i laser possono essere usati per il rivestimento, noto anche come deposizione metallica laser, migliorando le proprietà delle superfici trattate. I componenti delle microturbine a gas, nel frattempo, possono beneficiare della pulizia con laser a fibra. 

Per quanto riguarda l’energia solare, i contatti attivati dal laser mostrano promesse per migliorare l’efficienza delle celle solari e sono utilizzati nel taglio e nella marcatura di wafer semiconduttori, nonché nella separazione dei circuiti elettrici delle singole celle di grandi pannelli solari.

In futuro, potremmo vedere l’uso dei laser per creare una nuova generazione di pannelli solari e per la produzione di batterie destinati a immagazzinare l’energia generata da fonti rinnovabili.  

La tecnologia laser è inoltre presente nella fusione nucleare. Un anno fa, il Segretario dell’Energia degli Stati Uniti ha annunciato una svolta nella fusione nucleare basata su laser, in cui un laboratorio di ricerca ha prodotto un piccolo sole sulla Terra. La sorgente luminosa utilizzata in questo esperimento era il più grande laser al mondo, che impiegava 192 linee di fascio per generare impulsi. I fasci laser hanno prodotto il 54 % più energia di quella immessa.

Quest’anno, i 192 laser hanno schiacciato una piccola capsula riempita di deuterio e trizio, isotopi pesanti dell’idrogeno, innescando una reazione di fusione che ha prodotto più energia di quella dei fasci laser proiettati sul bersaglio durante il processo.

Secondo Michael Campbell, ex direttore del laboratorio di fusione laser presso l’Università di Rochester, ora presso l’Università della California:

“Nei prossimi anni, rese di 5‑10 MJ sono molto possibili.”

Ma, naturalmente, per questo avremo bisogno di laser pulsati ad alta energia e alta potenza media, costruiti come unità sostituibili in linea, il che porterà a molte nuove applicazioni industriali.

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Aziende Concentrate sulla Tecnologia Laser 

Ora, diamo un’occhiata alle aziende di spicco che stanno sviluppando tecnologie laser o basate su laser:

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

L’azienda leader nella difesa e nell’aerospazio, che è anche coinvolta nella ricerca sulla fusione nucleare, ha una capitalizzazione di mercato di 111,74 miliardi di dollari e un fatturato degli ultimi 12 mesi (TTM) di 67,68 miliardi di dollari. 

Scambiato a 450,4 $, il prezzo delle azioni di Lockheed è in calo del 7,42 % quest’anno, offrendo un rendimento da dividendo del 2,80 %. L’EPS (TTM) dell’azienda è 27,38 e il P/E (TTM) è 16,45. 

Lo scorso anno, Lockheed ha consegnato un sistema di arma laser ad alta energia al Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, e quest’anno, l’Esercito statunitense ha nuovamente assegnato all’azienda un contratto per sviluppare un prototipo laser di capacità di protezione dal fuoco indiretto.

#2. Coherent, Inc. (COHR)

Un produttore leader di sistemi laser per varie applicazioni, tra cui comunicazione, lavorazione dei materiali e medico, Coherent Corp. ha una capitalizzazione di mercato di 5,45 miliardi di dollari. 

Al momento della stesura, le sue azioni sono scambiate a 36,02 $, in rialzo del 2,62 % dall’inizio dell’anno (YTD). Negli ultimi 12 mesi consecutivi, Coherent ha registrato un fatturato di 4,869 miliardi di dollari e ha avuto un EPS (TTM) di -3,01 e un P/E (TTM) di -11,96.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

L’azienda produce soluzioni laser utilizzate nella lavorazione dei materiali, nel settore medico e in applicazioni avanzate. Alcuni mesi fa, IPG Photonics (IPGP ) ha lanciato un laser a doppio fascio con la “massima” potenza del nucleo a modalità singola. 

Coinvolta anche nella ricerca sull’energia pulita, le azioni di IPG Photonics sono scambiate a 95,62 $, con un fatturato (TTM) segnalato di 1,32 miliardi di dollari. L’azienda ha un EPS (TTM) di 1,82 e un P/E (TTM) di 52,40. 

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

Northrop Grumman (NOC ) è un’azienda globale di aerospazio e difesa con una capitalizzazione di mercato di 70,8 miliardi di dollari. È anche coinvolta nello sviluppo di sistemi laser per applicazioni difensive. 

In ottobre 2023, la Space Development Agency del Pentagono ha assegnato a Northrop Grumman un contratto da 732 milioni di dollari per costruire 38 satelliti “data transport” nell’ambito dell’architettura Proliferated Warfighter Space che l’agenzia sta sviluppando. 

Attualmente, le azioni di Northrop Grumman sono scambiate a 469,58 $, in calo del 13,9 % YTD. L’azienda ha un fatturato (TTM) di 38,685 miliardi di dollari e offre un rendimento da dividendo dell’1,59 %.

#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO) 

L’azienda fornisce strumenti analitici, inclusi quelli basati sulla tecnologia laser, e consumabili utilizzati nella ricerca medica, nella diagnosi di malattie e nella scoperta e produzione di nuovi farmaci. 

Il prezzo delle azioni di Thermo Fisher è in calo dell’11,47 % quest’anno, scambiato ora a 487,53 $. L’azienda ha una capitalizzazione di mercato di 188,36 miliardi di dollari, ha registrato un fatturato (TTM) di 43,421 miliardi di dollari e paga un rendimento da dividendo dello 0,29 % con un EPS (TTM) di 15,27 e un rapporto P/E (TTM) di 31,93.

Conclusione

Come abbiamo visto, la tecnologia laser ha un potenziale immenso e sta vedendo la sua implementazione in vari settori. Sebbene i laser stiano già potenziando le capacità umane, con la continuazione della ricerca e dei progressi, le scoperte aiuteranno la tecnologia a evolversi e a diventare ancora più potente. Dal settore medico, sensori, energia e veicoli elettrici alla digitalizzazione e al quantistico, la tecnologia laser è pronta a trasformare vaste aree delle nostre vite.

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