Laser kommer att spela en avgörande roll under kommande decennier när teknologin utvecklas

Laser är en förkortning av Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, alltså ljusförstärkning genom stimulerad emission. En laser ger ljus inom ett bestämt våglängdsområde och kan skapa en smal, intensiv stråle som går att fokusera på en liten yta. Det finns bland annat fiberlasrar, gaslasrar, fastkroppslasrar, färgämneslasrar och diodlasrar, som delar vissa grundläggande komponenter.

Idag är laser en nyckelkomponent i många av de produkter vi använder varje dag, från konsumentprodukter som Blu‑Ray, CD, DVD‑spelare och streckkodsläsare till laserskrivare och LASIK‑ögonkirurgi. De används dessutom för att mäta, skära, gravera, borra och märka ett brett spektrum av material.

Theodore Maiman demonstrerade den första fungerande lasern 1960. Tekniken bygger bland annat på Albert Einsteins arbete om stimulerad emission. Einsteins Nobelpris för 1921 gällde däremot framför allt lagen för den fotoelektriska effekten. Artikeln från 2023 hänvisade till en marknadsprognos på 25,6 miljarder amerikanska dollar för laserteknik år 2027.

Tillämpning av laserteknik

Laser har visat sig vara ett extremt praktiskt verktyg tack vare att den levererar monokromatiska, kontrollerade och exakt riktade ljusstrålar. Många av dess viktiga moderna tillämpningar finns inom fiberoptisk kommunikation, laserbearbetning och tillverkning, spårämnesdetektion, lasermetri och medicinsk avbildning. 

Lasertekniken har utvecklats snabbt under årtiondena. Framsteg inom ljuskällor, material och styrning har gjort fler av de tidigt tänkta användningsområdena praktiskt möjliga.

Låt oss nu titta på de senaste framstegen och allt som denna teknik möjliggör i olika branscher!

Kommunikation 

Laserkommunikation kan överföra stora datamängder snabbt och effektivt mellan satelliter och markstationer. Smala strålar kan försvåra avlyssning, men säkerheten beror också på systemets utformning. Artikeln från 2023 hänvisade till en prognos om att den globala marknaden för rymdbaserad laserkommunikation skulle ungefär fyrdubblas till 2031, enligt Straits Research.

Inom detta område erbjuder laser ett brett utbud av tillämpningar som intersatellitkommunikation och satellit‑till‑jord‑anslutning. Och eftersom antalet omloppsbanesatelliter fortsätter att öka, kommer rymdbaserad laserkommunikation bara att bli ännu viktigare i satellitkommunikationssystem.

Den 14 november 2023 uppnådde NASA:s Deep Space Optical Communications-system (DSOC) sin första optiska förbindelse från rymdsonden Psyche, omkring 16 miljoner kilometer från jorden. Demonstrationen testade informationsöverföring med laser på då rekordstort avstånd. Målet var att bana väg för snabbare kommunikation mellan framtida rymdfärder och markkontrollen, även för bemannade uppdrag.

Laserkommunikation påverkas bland annat av atmosfäriska förhållanden. Adaptiv optik, strålstyrning och felkorrigerande algoritmer undersöks för att minska dessa störningar och göra tekniken mer användbar i praktiken.

Så, även om rymden har sett den typiska användningen av laserkommunikation, pågår forskning, utveckling och investeringar för att öka den praktiska användningen av laserkommunikation. Genom att öka dess bandbredd och fungera i olika atmosfäriska förhållanden kommer laserkommunikationens tillämpning att expandera inom försvar, civila, kommersiella och jordbruksmarknader.

I det internationella samfundet pågår också standardiseringsinsatser för att säkerställa interoperabilitet och bred adoption av lasersystem för kommunikation.

Försvar

Försvarsindustrin utvecklar laservapen för bland annat precisionsbekämpning av drönare. En riktad stråle kan minska vissa risker för oavsiktliga skador, men innebär inte att sådana skador är omöjliga. Den ökade användningen av beväpnade drönare har stärkt intresset för dessa system.

Under 2022 förekom uppgifter om rysk användning av laservapen, med systemen Peresvet och Zadira nämnda i rapporteringen. Påståenden om deras uppgifter, stridsanvändning och att Ryssland skulle ha varit först bör inte behandlas som oberoende bekräftade resultat. Även USA utvecklade laserbaserat luftförsvar.

I januari 2023 meddelade Lockheed Martin att dess DEIMOS-system hade uppnått ”first light”, en laboratoriemilstolpe där laserns optiska prestanda verifieras. Företaget hade också ett samarbetsavtal med Rafael om vidareutveckling av teknik från Iron Beam. Det israeliska systemet utvecklades för att bekämpa bland annat raketer, drönare och granatkastarprojektiler; det var inte ett belägg för att alla dessa förmågor redan var operativa 2023.

Forskning om multimodiga optiska fibrer visar också möjliga vägar att överföra högre lasereffekt med bibehållen användbar strålprofil. Det kan på sikt bidra till försvar mot billiga drönare och andra tillämpningar.

Studien i Nature Communications från november 2023 använde vågfrontsformning för att höja effekttröskeln för stimulerad Brillouinspridning i passiv multimodig fiber och samtidigt styra utgående ljus. Artikelns uppgift om tre till nio gånger högre effekt avsåg potentialen för uppskalning, inte en färdig laservapenprodukt. Forskarna visade bland annat cirka 3,1 gånger högre tröskel med fokuserad utgång jämfört med enbart grundmoden i samma fiber. Resultaten öppnar för starkare fiberlasersystem, men passiv effektöverföring och en färdig aktiv laser är olika steg.

Artikeln från 2023 återgav också ett kinesiskt forskarpåstående om ett kylsystem för högenergilasrar som skulle möjliggöra mycket lång kontinuerlig drift genom effektiv värmebortförsel. Det var ett rapporterat forskningspåstående, inte ett oberoende bekräftat bevis på obegränsad drift.

Effektivare kylning kan i princip förlänga insatstider och förbättra ett lasersystems praktiska prestanda. Räckvidd, verkan och kostnad beror dock även på energiförsörjning, optik, atmosfär och systemintegration. Påståendet om obegränsad drift visar därför inte i sig att vapnen kan avfyra kontinuerligt utan begränsningar.

Klicka här för listan över de bästa rymd- och försvarsaktierna.

Hälsa

Förutom försvar används laserteknik också i stor utsträckning inom hälso- och sjukvården på grund av dess höga precision, produktivitet, hållbarhet och anpassningsförmåga. I sektorn används tekniken för att utveckla nya proteser och verktyg för vårdtillämpningar, medan tillverkare av medicinsk utrustning använder laser för att designa och utveckla ny medicinsk utrustning på ett smidigt sätt. 

Laser kan effektivisera vissa tillverkningsmoment och minska kostnader. Optiska metoder kan också hjälpa till att identifiera förfalskade produkter. Inom kirurgin ger laser möjlighet till precisa ingrepp, även om komplexa operationer fortfarande kräver rätt utrustning och medicinsk kompetens.

Laser används inom bland annat ögonsjukvård, tandvård, hudsjukvård och urologi. Beroende på metod används den vid exempelvis glaukom, vissa tumörer och cancerformer, åderbråck, prostatabesvär och njursten. Artikeln nämnde även hjärtsjukdomar och knäskador, där den specifika behandlingen och evidensen måste skiljas från generella påståenden om bot. Laserbaserat ultraljud studeras dessutom för avbildning av kroppens inre och möjlig uppföljning av sjukdomsförlopp.

Andra användningsområden omfattar selektiv lasertrabekuloplastik, fotodynamisk behandling, tatueringsborttagning, hudbehandling och hårborttagning. Metoderna är olika och kan inte alla utan vidare beskrivas som icke-invasiva. Lågintensiv laserterapi, även kallad fotobiomodulering, används eller undersöks för vissa tandvårdsändamål som komplement till annan behandling. Nytta, säkerhet och patientkomfort beror på indikation och dosering; den ersätter inte generellt läkemedel.

Medicinska laserbehandlingar har utvecklats under flera årtionden. FDA:s beslut gäller särskilda produkter och användningsområden, exempelvis vissa system för tillfällig smärtlindring. Forskning om vävnadsläkning och andra effekter innebär inte ett generellt myndighetsgodkännande för vävnadsregenerering eller allmänt välbefinnande.

Photonic Sentry skiljer mellan sitt Photonic Fence Monitoring Device (PFMD), som följer flygande insekter för forskningsändamål, och prototyper av ett insektsdödande Photonic Fence som använder korta laserpulser. PFMD används för att studera exempelvis myggors flygbeteende och utvärdera myggnät, repellenter och andra smittvektorkontroller. Det är inte i sig den produkt som skjuter ner insekter. Den bredare visionen omfattar tillämpningar inom jordbruk, besöksnäring, offentlig verksamhet, försvar och skadedjursbekämpning i bostäder.

Klicka för listan över de tio bästa hälsoaktierna.

Analys och experimentering 

Laserteknik spelar en avgörande roll inom olika områden av analys och experimentering tack vare sina unika egenskaper, precision och mångsidighet. 

Inom atom- och molekylär fysik använder forskare laser för att sakta ner och fånga atomer vid extremt låga temperaturer. Förutom att använda laser för att kontrollera kvanttillstånd hjälper dess justerbara ljuskälla till att studera energinivåer och övergångar i atomer och molekyler.

Laserkylning revolutionerade atomfysiken och används inom forskning om kvantinformation, kvantdegenererade gaser, atomklockor och grundläggande fysik. CERN beskrev 2021 hur metoden, som då hade demonstrerats på vanlig materia omkring 40 år tidigare, kunde användas även på antiväte. Att styra antiatomers rörelse med laser öppnar möjligheter för framtida experiment, såsom antiatomfontäner och antimateriamolekyler.

År 2021 lyckades ALPHA-samarbetet vid CERN kyla antiväteatomer, den enklaste formen av atomär antimateria, med laserljus. Det möjliggör mer precisa spektroskopiska mätningar och studier av hur antimateria påverkas av gravitation.

Forskning om laserdriven plasmaacceleration kan ge mycket höga partikelenergier över korta avstånd och därmed mindre acceleratorer. Sådana anläggningar kan användas för grundläggande fysik och studier av materia och kemiska processer. Medicinska tillämpningar, bland annat partikelterapi mot cancer som ett möjligt alternativ till konventionell röntgenbaserad strålbehandling, är också ett forskningsområde. Det handlar om potential att minska anläggningarnas storlek, inte om en generell förklaring till allt livs utveckling eller en redan allmänt införd cancerbehandling.

Laserteknik används också för att producera nanomaterial med distinkta kemiska och fysiska egenskaper, med flera laserbaserade processer utvecklade för nanomaterialtillverkning, såsom laserassisterad reduktion, laserexfoliering och laserablation.

Ren energi / kärnfusion

Den fortsatta tillväxten av förnybar energi världen över ger ökande möjligheter för laserbearbetningstekniker. Inom den rena energibranschen används laserteknik vid tillverkning av ny utrustning för energiproduktion samt avveckling av kraftverk i slutet av deras livslängd.

Förutom att användas i tillverkning kan laser användas i beläggning, även känt som laser metalldeposition, och förbättra egenskaperna hos de ytor de behandlar. Komponenter för mikrogasturbiner kan samtidigt dra nytta av fiberlaser‑rengöring. 

När det gäller solenergi visar laser‑framställda kontakter löfte för att förbättra effektiviteten hos solceller och används vid skärning och märkning av halvledarskivor samt för att separera de elektriska kretsarna i de enskilda cellerna i stora solpaneler.

I framtiden kan vi se laser användas för att skapa en ny generation av solpaneler samt produktion av batterier för lagring av energi som genereras av förnybara källor.

Vid National Ignition Facility i USA gav ett fusionsexperiment den 5 december 2022 omkring 3,15 megajoule fusionsenergi efter att 192 laserstrålar tillfört målet cirka 2,05 megajoule. Det motsvarade cirka 54 procent mer energi än laserenergin som träffade målet. Resultatet var ett viktigt genombrott för fusionständning, men omfattade inte hela anläggningens elförbrukning och var inte nettoelproduktion.

Under 2023 upprepades experiment med positiv energivinst på målnivå. Laserstrålarna komprimerade en liten kapsel med deuterium och tritium, tunga väteisotoper, så att fusionen frigjorde mer energi än den laserenergi som tillfördes målet.

I artikelns historiska framåtblick citerades Michael Campbell, tidigare chef för laserfusionslaboratoriet vid University of Rochester och då knuten till University of California:

”Under de kommande åren är energiutbyten på 5 till 10 MJ mycket möjliga.”

För framtida tillämpningar behövs bland annat pulslasrar med hög pulsenergi och hög medeleffekt, byggda med moduler som enkelt kan bytas i driftmiljön. Sådana framsteg kan även få industriella användningsområden.

Klicka här för listan över aktier inom förnybar energi.

Företag fokuserade på laserteknik 

Låt oss nu titta på framstående företag som utvecklar laser‑ eller laserbaserad teknik:

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

Lockheed Martin är ett försvars- och flyg- och rymdföretag som också har bedrivit fusionsforskning. Artikeln från 2023 angav ett börsvärde på 111,74 miljarder amerikanska dollar och en omsättning för de senaste tolv månaderna (TTM) på 67,68 miljarder dollar.

Vid artikelns publicering 2023 angavs aktiekursen till 450,40 amerikanska dollar, ned 7,42 procent sedan årets början, och direktavkastningen till 2,80 procent. Den angivna vinsten per aktie för de senaste tolv månaderna var 27,38 dollar och P/E-talet 16,45. Det är historiska ögonblicksbilder, inte aktuella marknadsvärden.

Lockheed levererade ett högenergilasersystem till USA:s försvarsdepartement 2022. I oktober 2023 fick bolaget också ett kontrakt för att utveckla och leverera laserprototyper till arméns program Indirect Fire Protection Capability–High Energy Laser, alltså skydd mot indirekt eld.

2. Coherent Corp. (COHR)

Coherent Corp. (COHR ) tillverkar bland annat lasersystem för kommunikation, materialbearbetning och medicinska tillämpningar. Artikeln från 2023 angav ett börsvärde på 5,45 miljarder amerikanska dollar.

Artikeln angav vid publiceringen 2023 en aktiekurs på 36,02 amerikanska dollar, upp 2,62 procent sedan årets början, samt en TTM-omsättning på 4,869 miljarder dollar och en förlust per aktie på 3,01 dollar. Den återgav även kvoten −11,96 som P/E-tal; vid förlust är ett sådant negativt P/E-tal inte ett meningsfullt vinstvärderingsmått.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

IPG Photonics (IPGP ) tillverkar lasersystem för materialbearbetning, medicin och avancerade tillämpningar. I september 2023 lanserade bolaget en fiberlaser med två strålkomponenter och en central singlemode-stråle på 3 kW. Det handlade om dubbelstråleteknik och effekten i den centrala strålen, inte en dubbelsidig laser.

För IPG Photonics, som också har tillämpningar inom ren energi, angav artikeln från 2023 en aktiekurs på 95,62 amerikanska dollar och en TTM-omsättning på 1,32 miljarder dollar. Den uppgav en vinst per aktie på 1,82 dollar och ett P/E-tal på 52,40.

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

Northrop Grumman (NOC ) är ett globalt flyg-, rymd- och försvarsföretag som utvecklar bland annat lasersystem för försvarsändamål. Artikeln från 2023 angav ett börsvärde på 70,8 miljarder amerikanska dollar.

Den 30 oktober 2023 meddelade Northrop Grumman ett avtal med Space Development Agency om att konstruera och bygga 38 satelliter för dataöverföring inom Tranche 2 Transport Layer–Alpha. Det totala möjliga avtalsvärdet var cirka 732 miljoner amerikanska dollar. Satelliterna ingick i myndighetens Proliferated Warfighter Space Architecture.

Artikeln från 2023 angav Northrop Grummans aktiekurs till 469,58 amerikanska dollar, ned 13,9 procent sedan årets början. Den återgav en TTM-omsättning på 38,685 miljarder dollar och en direktavkastning på 1,59 procent.

#5. Thermo Fisher Scientific Inc. (TMO) 

Företaget tillhandahåller analytiska instrument, inklusive de som är baserade på laserteknik, samt förbrukningsmaterial som används i medicinsk forskning, diagnos av sjukdomar samt upptäckt och produktion av nya läkemedel.

För Thermo Fisher angav artikeln från 2023 en aktiekurs på 487,53 amerikanska dollar, ned 11,47 procent sedan årets början, ett börsvärde på 188,36 miljarder dollar och en TTM-omsättning på 43,421 miljarder dollar. Den uppgav en direktavkastning på 0,29 procent, en TTM-vinst per aktie på 15,27 dollar och ett P/E-tal på 31,93.

Slutsats

Som vi har sett har laserteknik enorm potential och ser sin implementering i olika områden. Medan laser redan förbättrar mänsklig förmåga, kommer fortsatt forskning och utveckling att leda till genombrott som hjälper tekniken att utvecklas och bli ännu kraftfullare. Från medicin, sensorer, energi och elfordon till digitalisering och kvantteknik är laserteknik på väg att omvandla stora delar av våra liv.

Klicka här för att lära dig allt om investering i de fem mest lovande teknologierna.