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

Laser, förkortning för Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, är en enhet som avger ljus vid specifika våglängder och förstärker det ljuset för att producera en mycket smal, mycket stark stråle av strålning fokuserad på en liten punkt. Det finns många typer av laser, inklusive fiberlaser, gaslaser, fastfaslaser, färglaser och diodlaser, som alla delar en grundläggande uppsättning 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.

Den första lasern utvecklades 1960, baserad på Albert Einsteins arbete med stimulerad emission, vilket ledde till att han fick Nobelpriset 1921. Sedan dess har den globala marknaden för laserteknik vuxit avsevärt och förväntas nå ett värde på 25,6 miljarder dollar 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. 

Även om ljusets vetenskap i sig inte har förändrats har lasertekniken utvecklats snabbt under åren. Så, även om den uppfanns för decennier sedan, har den framväxande teknologin äntligen gjort det möjligt för laser att börja spela den roll vi alltid föreställt oss för dem. 

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

Kommunikation 

Genom att möjliggöra skapandet av säkra nätverk som kan överföra enorma mängder data med hög hastighet, större effektivitet och förbättrad säkerhet, blir laserteknik en spelväxlare inom satellitkommunikation. Som ett resultat förväntas den globala marknaden för rymdbaserad laserkommunikation 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.

Senast har NASA genomfört det första framgångsrika testet av sitt Deep Space Optical Communications (DSOC) system, en nästa generations kommunikationslänk som skickar information via laserljus. Som en del av en serie tester som NASA gör för att snabba upp kommunikationen i djup rymden, var detta det mest avlägsna laserkommunikationstestet hittills. Om det lyckas förväntar sig NASA‑tjänstemän att astronauter under kommande decennier kommer att använda det som sitt sätt att ta emot markkontroll.

Trots att laserkommunikation står inför många utmaningar, särskilt när det gäller atmosfäriska förhållanden, utforskas innovativa tekniker såsom adaptiv optik, strålningsstyrning och felkorrigeringsalgoritmer för att mildra dessa effekter, vilket kommer att främja den praktiska implementeringen av laserkommunikation. 

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

Militärindustrin fokuserar på att utveckla laservapen för deras enkla hantering, precision och avsaknad av oavsiktliga skador. Dessutom, med den omfattande införskaffningen av dödliga drönare av militären världen över, har kapaciteten hos laservapen blivit ett fokus för alla militära styrkor.

Förra året spekulerades det i att Ryssland hade blivit det första landet att använda laservapen, Persevet och Zadira, i strid för att bränna ner fiendens drönare. USA har också gjort framsteg med laserbaserad luftförsvar. 

Och tidigare i år uppnådde Lockheed Martins taktiska laservapen DEIMOS system sitt ‘first light’-milestone. Det amerikanska företaget är också en del av Israels unika laserbaserade Iron Beam-luftförsvarssystem som kan skjuta ner fiendens flygplan, raketer, UAV:er och granatkastare genom att rikta laserstrålar mot dem. 

När lasersystem får fäste har forskare också hittat ett nytt sätt att avsevärt öka kraften hos fiberlaser samtidigt som de behåller sin strålkvalitet, vilket gör dem till en framtida nyckelteknik för försvar mot lågt kostade drönare. 

Denna genombrott innebär potentiell användning av multimodig optisk fiber för att avsevärt öka effektutgången hos fiberlaser, från 3 till 9 gånger, utan att försämra strålkvaliteten. Genom att uppnå detta kan dessa laser effektivt fokusera på avlägsna mål, vilket resulterar i extremt hög effektutgång. Den ökade effektutgången förbättrar användbarheten av fiberlaser, vilket gör dem ännu mer värdefulla för försvarsindustrin.

En annan militär supermakt, Kina, har också gjort stora framsteg inom laservapen, och för några månader sedan påstod kinesiska militärforskare att de utvecklat ett nytt kylsystem som låter högenergilaser fungera ‘oändligt’ utan någon uppbyggnad av spillvärme, en stor teknisk utmaning för utveckling av laservapen.

Med detta kan vapnen nu generera laserstrålar så länge de vill utan avbrott eller försämring i prestanda. Det nya systemet, som använder avancerade strukturer, har potential att avsevärt förändra försvarsområdet genom att öka räckvidd och skada, förlänga engagemangstider och minska kostnader.

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. 

Laseranvändning minskar arbetskraften och andra kostnader för tillverkning. Den kan också identifiera förfalskade varor i kliniker och sjukhus. Dessutom kan kirurger utföra komplexa kirurgiska ingrepp enkelt med laser.

Från oftalmologi, tandvård och dermatologi till urologi ser vi en ökande användning av laserteknik inom hälso- och sjukvården, med behandling av hjärtsjukdomar, glaukom, tumörer, cancer, åderbråck, prostataproblem, knäskador och njursten. Laserbaserade ultraljudssystem ger samtidigt bilder av kroppens inre strukturer och har potential att spåra sjukdomsstadier över tid.

Dessutom används laserteknik i icke‑invasiva medicinska behandlingar som selektiv lasertrabekuloplasti, fotodynamisk terapi, tatueringborttagning, hudföryngring, lågintensiv laserterapi och hårborttagning. Lågintensiv laserterapi (LLLT) utmärker sig särskilt inom tandvården genom att erbjuda en tydlig fördel när det gäller säkerhet och patientkomfort samt att den inte förlitar sig på farmaceutiska ingrepp.

Sedan FDA först gav klartecken för en laser i en terapeutisk tillämpning för mänsklig användning för mer än två decennier sedan, har laserterapi och dess terapeutiska tillämpningar utvecklats kraftigt och används i stor utsträckning för smärtlindring, vävnadsregenerering och främjande av allmänt välbefinnande.

Dessutom används laser för att förhindra att myggor biter människor och sprider sjukdomar. Produkter som Photonic Fence Monitoring Device (PFMD) övervakar insekter i flygning och eliminerar de som identifieras som mål genom att skjuta ner dem med en mikrobomb av laserenergi. PFMD:s första tillämpning är att testa design och effektivitet av vektorkontrollåtgärder mot skadliga insektsinvasioner inom jordbruk, hotell- och restaurangbranschen, regering, militär och bostadsbekämpning av skadedjur.

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, som först demonstrerades för 40 år sedan och revolutionerade atomfysiken för att användas i studier av kvantinformation, kvantdegenererade gaser, atomklockor och tester av grundläggande fysik, tillämpas nu på antimateria. Förmågan att manipulera rörelsen hos antimateriaatomer med laserljus förväntas ge banbrytande möjligheter för framtida experiment, såsom anti‑atomfontäner och skapandet av antimateriamolekyler.

År 2021 lyckades ALPHA‑samarbetet vid CERN kyla ner antihydrogenatomer, den enklaste formen av atomär antimateria, med hjälp av laserljus, vilket betraktas som en “spelväxlare för spektroskopiska och gravitationsmässiga mätningar”.

Samtidigt pågår forskning om partikelacceleration baserad på laser‑plasmainteraktion för att förstå universum. Förutom att förstå utvecklingen av allt levande genom att förstå kemiska reaktioner, hjälper kapaciteten hos sådan teknik även i cancerbehandling, där den kan erbjuda ett alternativ till konventionell röntgenstrålning. Partikelaccelerations‑teknik baserad på laser‑plasmainteraktion möjliggör mycket höga energier över mycket korta avstånd, vilket potentiellt leder till mycket betydande vinster i volym.

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.

Laserteknik ses också inom kärnfusion. För ett år sedan meddelade USA:s energiminister ett genombrott i laserbaserad kärnfusion där ett forskningslaboratorium producerade en liten sol på jorden. Ljuskällan som användes i detta experiment var den största lasern i världen, som använde 192 strålningslinjer för att generera pulser. Laserstrålarna producerade 54 % mer energi än vad som matades in i dem.

I år krossade de 192 laserna en liten kapsel fylld med deuterium och tritium, tunga isotoper av väte, vilket framkallade en fusionsreaktion som producerade mer energi än laserstrålarna som riktades mot målet under processen.

Enligt Michael Campbell, tidigare chef för laserfusionslabbet vid University of Rochester, som nu är verksam vid University of California:

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

Men naturligtvis kommer vi för det att behöva högenergi‑, höggenomsnittseffekt‑pulslasrar byggda som linjebytesenheter, vilket kommer att leda till många nya industriella tillämpningar.

Klicka här för listan över de bästa förnybara energiernas aktier.

Företag fokuserade på laserteknik 

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

#1. Lockheed Martin Corporation (LMT)

Det ledande försvars- och rymdföretaget, som också är involverat i forskning om kärnfusion, har ett börsvärde på 111,74 miljarder dollar och en omsättning för de senaste 12 månaderna (TTM) på 67,68 miljarder dollar.

Handlas till 450,4 $, är Lockheeds aktiekurs ned 7,42 % i år samtidigt som den erbjuder en utdelningsavkastning på 2,80 %. Företagets EPS (TTM) är 27,38 och P/E (TTM) är 16,45.

Förra året levererade Lockheed ett högenergilaservapen till USA:s försvarsdepartement, och i år har den amerikanska armén återigen beviljat företaget ett kontrakt för att utveckla en laserprototyp för indirekt eldkraftsskydd.

#2. Coherent, Inc. (COHR)

En ledande tillverkare av lasersystem för olika tillämpningar, inklusive kommunikation, materialbearbetning och medicin, har Coherent Corp. ett börsvärde på 5,45 miljarder dollar.

Vid skrivandet handlas dess aktier till 36,02 $, upp 2,62 % år‑till‑datum (YTD). Under de senaste 12 på varandra följande månaderna rapporterade Coherent 4,869 miljarder dollar i omsättning och hade EPS (TTM) på -3,01 samt P/E (TTM) på -11,96.

#3. IPG Photonics Corporation (IPGP)

Företaget producerar lasersystem som används i materialbearbetning, medicin och avancerade tillämpningar. För några månader sedan lanserade IPG Photonics (IPGP ) en dubbelsidig laser med den ‘högsta’ enkärniga effekten i single‑mode.

Även involverad i forskning om ren energi, handlas IPG Photonics aktier till 95,62 $, med en rapporterad omsättning (TTM) på 1,32 miljarder dollar. Företaget har ett EPS (TTM) på 1,82 och ett P/E (TTM) på 52,40.

#4. Northrop Grumman Corporation (NOC)

Northrop Grumman (NOC ) är ett globalt rymd- och försvarsföretag med ett börsvärde på 70,8 miljarder dollar. Det är också involverat i utvecklingen av lasersystem för försvarsapplikationer.

I oktober 2023 tilldelade Pentagon’s Space Development Agency ett kontrakt på 732 miljoner dollar till Northrop Grumman för att bygga 38 ”data‑transport”‑satelliter som en del av den Proliferated Warfighter Space Architecture som myndigheten bygger.

För närvarande handlas Northrop Grummans aktier till 469,58 $, ned 13,9 % YTD. Företaget har en omsättning (TTM) på 38,685 miljarder dollar och erbjuder en utdelningsavkastning på 1,59 %.

#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.

Thermo Fishers aktiekurs är ned 11,47 % i år och handlas nu till 487,53 $. Företaget har ett börsvärde på 188,36 miljarder dollar, rapporterade en omsättning (TTM) på 43,421 miljarder dollar och betalar en utdelningsavkastning på 0,29 % samtidigt som EPS (TTM) är 15,27 och P/E (TTM)-kvoten är 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.