Os lasers estão prontos para desempenhar um papel fundamental nas próximas décadas à medida que a tecnologia avança

Laser, abreviação de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, é um dispositivo que emite luz em comprimentos de onda específicos e amplifica essa luz para produzir um feixe de radiação muito estreito e muito brilhante focado em um ponto diminuto. Existem muitos tipos de lasers, incluindo lasers de fibra, lasers a gás, lasers de estado sólido, lasers de corante e lasers de diodo, todos os quais compartilham um conjunto básico de componentes.

Hoje, os lasers são uma parte fundamental de muitos dos produtos que usamos diariamente, desde produtos de consumo como Blu‑Ray, CDs, leitores de DVD e scanners de código de barras até impressoras a laser e cirurgia ocular LASIK. Eles também são usados para medir, cortar, gravar, perfurar e marcar uma ampla variedade de materiais.

O primeiro laser foi desenvolvido em 1960, baseado no trabalho de Albert Einstein sobre emissão estimulada, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel de 1921. Desde então, o mercado global de tecnologia de lasers cresceu significativamente e prevê‑se que alcance um valor de US$ 25,6 bilhões até 2027.

Aplicação da Tecnologia a Laser

O laser provou ser uma ferramenta extremamente prática graças à entrega de feixes de luz monocromáticos, controlados e precisamente direcionados. Grande parte de suas importantes aplicações modernas está na comunicação por fibra óptica, usinagem e fabricação a laser, detecção de elementos‑traço, metrologia a laser e imagens médicas. 

Embora a ciência da luz em si não tenha mudado, a tecnologia laser avançou rapidamente ao longo dos anos. Assim, embora tenha sido inventado décadas atrás, o avanço tecnológico finalmente permitiu que os lasers comecem a desempenhar o papel que sempre imaginamos para eles. 

Agora, vamos dar uma olhada nos avanços mais recentes e em tudo o que está sendo possibilitado por essa tecnologia em várias indústrias!

Comunicação 

Ao possibilitar a criação de redes seguras que podem transmitir enormes quantidades de dados com grande velocidade, maior eficiência e segurança aprimorada, a tecnologia laser está se tornando um divisor de águas nas comunicações por satélite. Como resultado, espera‑se que o mercado global de comunicação a laser baseada no espaço quadriplique até 2031, as per Straits Research.

Neste campo, o laser oferece uma ampla gama de aplicações, como comunicações intersatélites e conectividade satélite‑terra. E à medida que o número de satélites em órbita continua a crescer, as comunicações a laser baseadas no espaço se tornarão ainda mais críticas nos sistemas de comunicação por satélite.

Mais recentemente, a NASA conduziu o primeiro teste bem‑sucedido de seu sistema Deep Space Optical Communications (DSOC), um link de comunicação de próxima geração que envia informações por luz laser. Como parte de uma série de testes que a NASA está realizando para acelerar as comunicações no espaço profundo, este foi o teste de comunicação a laser mais distante até agora. Se bem‑sucedido, os oficiais da NASA esperam que astronautas nas próximas décadas o utilizem como meio de controle terrestre.

Apesar de as comunicações a laser enfrentarem muitos desafios, especialmente em termos atmosféricos, técnicas inovadoras como óptica adaptativa, direcionamento de feixe e algoritmos de correção de erros estão sendo exploradas para mitigar esses efeitos, o que avançará a implementação prática das comunicações a laser. 

Portanto, embora o espaço tenha visto o uso típico das comunicações a laser, pesquisas, desenvolvimento e investimentos estão ocorrendo para aumentar o uso prático dessas comunicações. Aumentar sua largura de banda e operar em uma variedade de condições atmosféricas expandirá a implementação das comunicações a laser nos mercados de defesa, civil, comercial e agrícola.

Na comunidade internacional, esforços de padronização também estão em andamento para garantir a interoperabilidade e a adoção generalizada de sistemas de comunicação a laser. 

Defesa

A indústria militar está focada no desenvolvimento de armas a laser devido à sua facilidade de operação, precisão e ausência de danos colaterais. Além disso, com a ampla aquisição de drones letais por militares em todo o mundo, as capacidades das armas a laser tornaram‑se um ponto focal para todas as forças militares.

No ano passado, surgiram especulações de que a Rússia havia se tornado o primeiro país a usar armas a laser, o Persevet e o Zadira, em combate para queimar drones inimigos. Os EUA também têm avançado no trabalho de defesa aérea baseada em laser. 

E no início deste ano, o sistema de arma laser tática DEIMOS da Lockheed Martin (LMT ) alcançou seu marco de “primeira luz”. A empresa americana também faz parte do sistema de defesa aérea baseado em laser Iron Beam, pioneiro de Israel, que pode derrubar aeronaves inimigas, foguetes, UAVs e morteiros ao direcionar feixes de laser.

À medida que os sistemas de laser ganham tração, cientistas também descobriram uma nova maneira de aumentar significativamente o poder dos lasers de fibra mantendo sua qualidade de feixe, tornando‑os uma futura tecnologia de defesa chave contra drones de baixo custo. 

Essa descoberta envolve o uso potencial de fibra óptica multimodo para aumentar significativamente a potência de saída dos lasers de fibra, variando de 3 a 9 vezes, sem degradar a qualidade do feixe. Ao alcançar isso, permite que esses lasers foquem efetivamente em alvos distantes, resultando em uma potência de saída extremamente alta. Esse aumento de potência aprimora a utilidade dos lasers de fibra, tornando‑os ainda mais valiosos para a indústria de defesa.

Outra superpotência militar, a China, também tem feito grandes avanços em armas a laser, e há alguns meses, cientistas militares chineses afirmaram ter desenvolvido um novo sistema de refrigeração que permite que lasers de alta energia operem “infinitamente” sem acúmulo de calor residual, um grande desafio técnico para o desenvolvimento de armas a laser.

Com isso, as armas podem agora gerar feixes de laser por tempo indeterminado sem interrupção ou degradação de desempenho. O novo sistema, que utiliza estruturas avançadas, tem o potencial de mudar significativamente o cenário da defesa ao aumentar alcance e dano, estender tempos de engajamento e reduzir custos.

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Saúde

Além da defesa, a tecnologia laser também é amplamente utilizada na área da saúde devido à sua alta precisão, produtividade, sustentabilidade e adaptabilidade. No setor, a tecnologia está sendo usada para desenvolver novas próteses e ferramentas para aplicações de saúde, enquanto os fabricantes de equipamentos médicos utilizam lasers para projetar e desenvolver novos equipamentos médicos de forma conveniente. 

O uso de lasers reduz a mão de obra e outros custos na fabricação. Também pode identificar produtos falsificados em clínicas e hospitais. Além disso, cirurgiões podem realizar procedimentos cirúrgicos complexos facilmente com lasers.

Da oftalmologia, odontologia e dermatologia à urologia, a tecnologia laser tem visto uso crescente na saúde, tratando condições como doenças cardíacas, glaucoma, tumores, cânceres, varizes, problemas de próstata, lesões no joelho e cálculos renais. Sistemas de ultrassom baseados em laser, por sua vez, fornecem imagens das características internas do corpo, tendo potencial para acompanhar estágios de doenças ao longo do tempo.

Além disso, a tecnologia laser também é usada em tratamentos médicos não invasivos como trabeculoplastia a laser seletiva, terapia fotodinâmica, remoção de tatuagens, rejuvenescimento da pele, terapia a laser de baixa intensidade e depilação a laser. A terapia a laser de baixa intensidade (LLLT), em particular, destaca‑se na odontologia por oferecer uma vantagem distinta em termos de segurança e conforto do paciente, sem depender de intervenções farmacêuticas.

Além disso, desde que a FDA concedeu pela primeira vez a aprovação para um laser em aplicação terapêutica para uso humano há mais de duas décadas, a terapia a laser e suas aplicações terapêuticas evoluíram consideravelmente e são amplamente usadas para alívio da dor, regeneração de tecidos e promoção do bem‑estar geral.

Além disso, há o uso de lasers para impedir que mosquitos piquem humanos e espalhem doenças. Produtos como o Dispositivo de Monitoramento Photonic Fence (PFMD) monitoram insetos em voo e eliminam aqueles identificados como alvos disparando‑os com um microestouro de energia laser. A primeira aplicação do PFMD é testar o design e a eficácia de medidas de controle de vetores contra incursões de insetos nocivos nos mercados de agricultura, hotelaria, governo, militar e controle residencial de pragas.

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Análise e Experimentação 

A tecnologia laser desempenha um papel crucial em várias áreas de análise e experimentação devido às suas propriedades únicas, precisão e versatilidade. 

Na física atômica e molecular, pesquisadores e cientistas estão usando lasers para desacelerar e aprisionar átomos a temperaturas extremamente baixas. Além de usar lasers para controlar estados quânticos, sua fonte de luz sintonizável ajuda a estudar os níveis de energia e transições em átomos e moléculas.

O resfriamento a laser, demonstrado pela primeira vez há 40 anos e que revolucionou a física atômica ao ser usado em estudos sobre informação quântica, gases degenerados quânticos, relógios atômicos e testes de física fundamental, está agora sendo aplicado à antimatéria. A capacidade de manipular o movimento de átomos de antimatéria por luz laser deve proporcionar oportunidades revolucionárias para experimentos futuros, como fontes anti‑atômicas e a criação de moléculas de antimatéria.

Em 2021, a colaboração ALPHA no CERN conseguiu resfriar átomos de anti‑hidrogênio, a forma mais simples de antimatéria atômica, usando luz laser, o que foi visto como um “divisor de águas para medições espectroscópicas e gravitacionais”.

Enquanto isso, pesquisas também estão sendo realizadas sobre aceleração de partículas baseada na interação laser‑plasma para compreender o universo. Além de entender a evolução de todos os seres vivos ao compreender as reações químicas, a capacidade dessa tecnologia também auxilia no tratamento do câncer, onde poderia oferecer uma alternativa à radioterapia convencional de raios X. A tecnologia de aceleração de partículas baseada na interação laser‑plasma permite alcançar energias muito altas em distâncias muito curtas, potencialmente levando a ganhos muito significativos em termos de volume.

A tecnologia laser também é utilizada para produzir nanomateriais com características químicas e físicas distintas, com vários processos baseados em laser desenvolvidos para a fabricação de nanomateriais, como redução assistida por laser, esfoliação a laser e ablação a laser.

Energia Limpa / Fusão Nuclear

O crescimento contínuo da energia renovável em todo o mundo está apresentando oportunidades crescentes para técnicas de processamento a laser. Na indústria de energia limpa, a tecnologia laser é usada na fabricação de novos equipamentos para geração de energia, bem como na desativação de usinas ao final de sua vida útil.

Além de serem utilizadas na fabricação, os lasers podem ser usados em revestimento, também conhecido como deposição metálica a laser, e melhorar as propriedades das superfícies tratadas. Componentes de microturbinas a gás, por sua vez, podem se beneficiar da limpeza a laser de fibra. 

No que diz respeito à energia solar, contatos disparados a laser estão mostrando promessas para melhorar a eficiência das células solares e são usados no corte e marcação de wafers semicondutores, bem como na separação dos circuitos elétricos das células individuais de grandes painéis solares.

No futuro, podemos ver lasers sendo usados para criar uma nova geração de painéis solares, bem como a produção de baterias para armazenar energia gerada por fontes renováveis.  

A tecnologia laser também é observada na fusão nuclear. Há um ano, o Secretário de Energia dos EUA anunciou uma descoberta na fusão nuclear baseada em laser, na qual um laboratório de pesquisa produziu um pequeno sol na Terra. A fonte de luz usada neste experimento foi o maior laser do mundo, que utilizou 192 linhas de feixe para gerar pulsos. Os feixes de laser produziram 54% mais energia do que a energia investida. 

Este ano, os 192 lasers esmagaram uma pequena cápsula preenchida com deutério e trítio, isótopos pesados do hidrogênio, provocando uma reação de fusão que produziu mais energia do que os feixes de laser irradiaram no alvo durante o processo. 

De acordo com Michael Campbell, ex‑diretor do laboratório de fusão a laser da Universidade de Rochester, que agora está na Universidade da Califórnia:

“Nos próximos anos, rendimentos de 5 a 10 MJ são muito possíveis.”

Mas, claro, para isso, precisaremos de lasers pulsados de alta energia e alta potência média construídos como unidades substituíveis, o que levará a muitas novas aplicações industriais.

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Empresas Focadas em Tecnologia a Laser 

Agora, vamos dar uma olhada nas empresas proeminentes que estão desenvolvendo tecnologia a laser ou baseada em laser:

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

A principal empresa de defesa e aeroespacial, que também está envolvida em pesquisas de fusão nuclear, tem uma capitalização de mercado de US$ 111,74 bilhões e receita dos últimos 12 meses (TTM) de US$ 67,68 bilhões. 

Negociada a US$ 450,4, o preço das ações da Lockheed está 7,42% em queda este ano, oferecendo um rendimento de dividendos de 2,80%. O EPS (TTM) da empresa é 27,38, e o P/E (TTM) é 16,45. 

No ano passado, a Lockheed entregou um sistema de arma laser de alta energia ao Departamento de Defesa dos EUA, e este ano, o Exército dos EUA concedeu novamente à empresa um contrato para desenvolver um protótipo de laser de capacidade de proteção contra fogo indireto.

#2. Coherent, Inc. (COHR)

Um fabricante líder de sistemas a laser para várias aplicações, incluindo comunicação, processamento de materiais e medicina, a Coherent Corp. (COHR ) tem uma capitalização de mercado de US$ 5,45 bilhões. 

No momento da redação, suas ações estão sendo negociadas a US$ 36,02, alta de 2,62% no ano (YTD). Nos últimos 12 meses consecutivos, a Coherent registrou receita de US$ 4,869 bilhões e teve EPS (TTM) de -3,01 e P/E (TTM) de -11,96.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

A empresa produz soluções a laser que são usadas em processamento de materiais, medicina e aplicações avançadas. Há alguns meses, a IPG Photonics (IPGP ) lançou um laser de feixe duplo com a ‘maior’ potência de núcleo de modo único. 

Também envolvida em pesquisas de energia limpa, as ações da IPG Photonics estão sendo negociadas a US$ 95,62, com receita (TTM) reportada em US$ 1,32 bilhão. A empresa tem um EPS (TTM) de 1,82 e um P/E (TTM) de 52,40. 

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

A Northrop Grumman (NOC ) é uma empresa global de aeroespacial e defesa com capitalização de mercado de US$ 70,8 bilhões. Também está envolvida no desenvolvimento de sistemas a laser para aplicações de defesa. 

Em outubro de 2023, a Space Development Agency do Pentágono concedeu um contrato de US$ 732 milhões à Northrop Grumman para construir 38 satélites de “transporte de dados” como parte da Arquitetura Espacial de Guerreiro Proliferado que a agência está construindo. 

Atualmente, as ações da Northrop Grumman estão sendo negociadas a US$ 469,58, queda de 13,9% YTD. A empresa tem receita (TTM) de US$ 38,685 bilhões e oferece um rendimento de dividendos de 1,59%.

#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO) 

A empresa fornece instrumentos analíticos, incluindo aqueles baseados em tecnologia laser, e consumíveis usados em pesquisa médica, diagnóstico de doenças e descoberta e produção de novos medicamentos. 

O preço das ações da Thermo Fisher está 11,47% em queda este ano, negociando agora a US$ 487,53. A empresa tem uma capitalização de mercado de US$ 188,36 bilhões, registrou receita (TTM) de US$ 43,421 bilhões e paga um rendimento de dividendos de 0,29% enquanto tem um EPS (TTM) de 15,27 e um índice P/E (TTM) de 31,93.

Conclusão

Como vimos, a tecnologia laser tem um potencial imenso e está vendo sua implementação em várias áreas. Embora os lasers já estejam ampliando a capacidade humana, à medida que a pesquisa e o avanço continuam, as descobertas ajudarão a tecnologia a evoluir e se tornar ainda mais poderosa. De medicina, sensores, energia e veículos elétricos à digitalização e à computação quântica, a tecnologia laser está pronta para transformar vastas áreas de nossas vidas.

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