ノーベル賞
ノーベル賞の成果への投資 – レーザーの可能性
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ノーベル賞の歴史
ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に人類に最大の利益をもたらした者に対し、物理学、化学、生理学または医学、文学、平和の分野で賞を授与するために創設されました。後にスウェーデン中央銀行により経済学賞という第六の賞が設けられました。
受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関に委ねられています。
遺産に関する懸念
ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことから生まれました。フランスの新聞が彼の兄の死を誤解し、彼の死亡記事を「死の商人が死んだ」と題したことで、ノーベルは煙のない爆薬、特に有名なダイナマイトの発明で非難されました。
彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な武器製造業者に転換しました。化学者、技術者、発明家としての彼は、戦争と他者の死によって富を得た人物として記憶される遺産は望まないと悟りました。
ノーベル賞
現在、ノーベル財産は基金に保管され、ノーベル財団や金メッキされた緑の金メダル、証書、受賞者に授与される1100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の金銭的賞金を賄うための収入を生み出すよう投資されています。
出典: Britannica
ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に、2人または3人の主要な研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献することが一般的な科学分野で顕著です。
長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとする、唯一の科学賞となりました。放射能、抗生物質、X線、PCR など、現代世界の基盤を築いた業績や、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性といった基礎科学も表彰されています。
レーザーの可能性
1960年に発明されたレーザーは、物理学研究の世界で瞬く間に話題となりました。レーザーはコヒーレントな光のビームで、単一波長の極めて狭い光束を作り出し、長距離でも散乱しません。
出典: Britannica
レーザー自体の創造はすぐにノーベル賞で表彰され、1964年にタウンズ、ニコライ・G・バソフ、アレクサンドル・M・プロホロフに授与されました「量子エレクトロニクス分野の基礎的研究に対し、レーザー・マサー原理に基づく発振器や増幅器の構築につながったことが評価されました」
これは、レーザーが産業生産から通信に至るまで幅広い応用がすぐに明らかになったためです。
しかし、他の科学者はこの視点でレーザーを見ず、技術をさらに研究しました。そして彼らは2018年にその発見でノーベル物理学賞を受賞しました。
アーサー・アシュキンは、光ビームの「重み」だけで微小な物体を動かす方法を研究しました。一方、ジェラール・ムルーとドナ・ストリックランドは、超高速・超高出力レーザーパルスを生成する手法を開発しましたが、数十年後もこの技術がレーザーの速度と出力をどこまで向上させられるかはまだ見通せません。
出典: Nobel Prize
光での推進
光を構成する光子は質量がなくてもわずかなエネルギーとそれに伴う運動量を持っています。理論的には、これだけで物体に触れずに動きを生み出すのに十分です。
しかし、この効果で物体を動かすのは困難です。誘発される動きが非常に小さいため、実際には宇宙（ソーラーセイル）や微小な物体でしか機能しません。
これはベル研究所のアーサー・アシュキンが好んだ研究分野でした。彼はマイクロメートルサイズの透明球体を使用し、レーザーで押し出すことができると確認しました。
驚くべき観察として、球体は最も強いレーザービームの中心に引き寄せられました。これはビームの端が弱く、粒子を中心に保持するためだと判明しました。
光で粒子を捕獲する
ここでアシュキンは、レーザーを自由に物体を掴んで移動させるツイーザーに変える画期的な発見をしました。そのために、レーザーを再焦点化し、空間の特定点に集中させるレンズを装置に追加しました。この焦点点で、粒子はレーザー光の圧力により中心に引き戻され、捕獲されます。
出典: Nobel Prize
1986年までに、この「単一ビーム勾配力光学トラップ」と呼ばれる手法は確立され、すぐに「光学ツイーザー」として一般的に知られるようになりました。数十ナノメートルから数十マイクロメートルまでの粒子を捕獲できます。
この技術は、個々の原子を捕獲、操作、冷却する主要な手段となりました。
生細胞を自由に操作する
しかし、アシュキンはウイルスや細菌などの生体を操作する可能性により焦点を当てました。これまで使用していた緑色レーザーは強すぎたため、赤外線レーザーに切り替え、生命体への損傷を大幅に減らしました。この方法はウイルスや細菌全体、さらには細胞内部の構成要素を動かすことができることをすぐに証明しました。
これにより、細菌の鞭毛が生み出すねじれの測定、細胞内の微小管（細胞骨格の一部）が及ぼす力、植物細胞のサブコンポーネントの操作が可能になりました。
出典: Nobel Prize
技術の精度と制御のさらなる進歩により、DNAの単一塩基対ほど小さな構成要素の操作、プロテアーゼ（タンパク質を分解する酵素）の機械的力の測定、RNA分子の解凍が可能になるでしょう。
この分野では新しいアイデアがまだ開発中であり、例えばホログラフィック光学ツイーザーは何千ものツイーザーを同時に使用できます。
同様の概念で、レーザーの代わりに音波を使用する（音響ツイーザー）ものも現在完成に向けて改良されています。私たちはこの記事「音波を利用した新技術で標的薬物送達が向上する可能性」で、外科手術や医療への革命的影響を検討しました。
超高速レーザーパルス
レーザーが登場した当初、最初の利用は連続レーザービームで行われました。しかし、すぐに高エネルギーパルスが多くの応用において、瞬時に大量のエネルギーを供給できることが明らかになりました。
当初はモードロックレーザーを用いて改良が行われ、ナノジュールパルスをミリジュールレベルへと増幅し、パワーが百万倍に向上しました。しかし、1970年代にはエネルギーレベルの上昇が増幅器を損傷させ、進展が停滞しました。
出典: Nobel Prize
見つかった問題を回避する唯一の方法は、より大口径のレーザービームを使用することでした。しかし、これらは高価で、限られた国立研究機関のみが利用できました。さらに、1日数回しか発射できず、こうしたレーザーパルスを必要とする研究は大きく制限されました。
チャープドパルス増幅（CPA）で救出
レーザーパルス技術が停滞し、それに依存する研究プログラムも停滞していることが明らかになってきました。ここで、米国ロチェスター大学の博士課程学生ドナ・ストリックランドと指導教官ジェラール・ムルーが、このノーベル賞の一部を受賞しました。
中心的な考えは、まずレーザーパルスを「伸長」させ、ピークパワーを低減することでした。これにより、増幅器材料を損傷させずに増幅できるようになります。その後、短いパルスに「再圧縮」し、以前よりはるかに高いパワーを実現しました。この手法はチャープドパルス増幅（CPA）と呼ばれます。
概念はシンプルでしたが、実装は容易ではありませんでした。二人の研究者は実現まで数年かかりました。1キロメートル以上の光ファイバーを使用し、全コンポーネントの同期に苦労しました。1985年にようやく成功し、CPAはさらに強力なレーザーパルスを生成するために使用され続けました。
出典: Nobel Prize
超高速レーザーパルスの応用
極小時間の観測
超短パルスレーザーの応用の一つは、フェムト秒（10億分の1秒の100万分の1）オーダーで対象を「照射」することです。これにより、以前は瞬時と考えられていた分子の化学反応などの現象を観測可能にします。
出典: Nobel Prize
さらに進展により、アト秒科学（フェムト秒の1/1000）という全く新しい科学分野が開かれています。これにより、科学者は原子内部の電子ダイナミクスや分子や凝縮相の物質を調査できるようになりました。
医療用途
これらのレーザーはレーザープラズマ加速を生成するためにも使用され、陽子や電子などの粒子を極めて高いエネルギーで加速します。これらは放射線治療に利用でき、レーザーを用いることで病院に設置可能な小型装置が実現します。
超高速レーザーは眼科手術にも使用され、メガネ不要にするLASIK手術や、糖尿病性網膜症（網膜の疾患）治療の光凝固などに利用されます。
出典: Nobel Prize
材料科学
レーザーは材料を非常に精密に彫刻するために使用できます。しかし、長時間使用すると材料が急速に加熱され、破壊的な衝撃波が生じる問題があります。
フェムト秒レーザーは彫刻を行いながらも、パルスが短いため過熱せず、この問題を解消します。
出典: Nobel Prize
前述のように、これによりレーザーは眼科手術、データ保存、そして体内血管に挿入する伸張金属のマイクロメートルサイズシリンダーである外科用ステントの製造などに利用できます。
レーザー技術への投資
レーザーは光ディスクから外科用ツール、3Dプリンティング、半導体、製造、ゲノムシーケンサーに至るまで、現代技術の無数の部分に存在し、2030年までに年平均成長率7.8%で178億ドルの市場が予想されています。
レーザーの可能性については、当社の記事「レーザーは技術の進歩とともに今後数十年で重要な役割を果たす予定です」で詳しく読むことができます。防衛、医療、核融合などの将来の新たな用途も取り上げています。
多くのブローカーを通じてレーザー関連企業に投資でき、securities.ioでは、米国、カナダ、オーストラリア、英国、そしてその他多数の国々における最適なブローカーの推奨リストをご覧いただけます。
特定の企業を選びたくない場合は、iShares 米国テクノロジーETF (IYW)やProShares ナノテクノロジーETF (TINY)などのテクノロジーETFを検討できます。専用のレーザーETFは存在しませんが、これらはレーザーおよびテクノロジー株への分散投資を提供します。
レーザー企業
1. II-VI Marlow / Coherent
COHR 価格チャート
Coherentは26,000人以上の従業員を擁する大手産業コングロマリットで、先進材料II-VI Marlowとレーザー製造メーカーCoherentの合併によりレーザー技術のリーダーとなっています。
同社はインジウムリン化物、エピタキシャルウェハー、ガリウムヒ素など、レーザー、光学、フォトニクスに使用される先進材料の専門家です。過去10年間にわたる多数の買収により大きく成長しました。
出典: Coherent
同社の収益の29％はレーザーから得ており、残りは光ファイバー、電子機器、計測機器などの関連装置から得ています。
出典: Coherent
同社は熱光起電力（前回の記事で取り上げました）、シリコンカーバイド、レーザー、電子機器といった先進材料に関与しており、精密製造、3Dプリンティング、電化、再生可能エネルギーといった構造的トレンドの成長から恩恵を受けています。
同社は最近、シリコンカーバイド事業を新会社に分離し、Coherentが75％を所有し、残りはパートナーの三菱電機（シリコンカーバイド電力IP提供）とデンソー（電動化とパワー半導体の自動車サプライヤーとしての活動）が同等に所有しています。
2. Corning
GLW 価格チャート
Corningは製造技術企業で、レーザー市場のリーダーでもあり、ガラス科学、光学物理（レーザーを含む）、セラミック科学という3つの主要技術に注力しています。
出典: Corning
5万人以上の従業員を抱え、光ファイバー（1970年に初の低損失光ファイバーを発明）、精密製造、耐衝撃・精密ガラス、無線ネットワーク、自動車排ガス制御（触媒コンバータ用セラミック）など多くの市場に展開しています。
レーザー自体が極めて純度の高い材料と精密に作られたガラスに依存しているため、Corningが保有するさまざまな技術間には多くのシナジーがあります。
全体として、同社は以下を含むコア技術での長い成功的イノベーションの歴史を持っています：
- 耐熱ガラス PIREX。
- LCDガラス。
- 抗菌ガラス。
- ジェームズ・ウェッブ望遠鏡用画像取得技術。
- 核融合用ビーム集光レンズ。
出典: Corning
また、ガラスやその他の脆性材料の切断・研磨など、多くのレーザー搭載ツールを販売しています。
出典: Corning
先進的なレンズ、レーザー、セラミックは、半導体製造からライフサイエンスに至るまで、さまざまなハイテク応用でますます重要になっています。
同社は航空宇宙、バイオテクノロジー・医薬品、エレクトロニクス・ディスプレイ、光通信、自動車分野に存在感を示し、各ニッチで技術的リーダーシップを保持しています。
これらすべてのセクターは急速に成長し、専門プロバイダーが供給するハイテク機器への依存度が高まっています。そのため、同社は着実に成長し続け、複数のセクターでリーディングカンパニーであり続けると期待されます。
(COHR ) 
