Pamumuhunan sa mga Tagumpay ng Nobel Prize – Ang Potensyal ng mga Laser

Kasaysayan ng Nobel Prize

Ang Nobel Prize ay ang pinaka-prestihiyosong gantimpala sa mundo ng agham. Ito ay nilikha alinsunod sa kalooban ni G. Alfred Nobel upang magbigay ng gantimpala “sa mga taong, sa nagdaang taon, nagbigay ng pinakamalaking benepisyo sa sangkatauhan” sa pisika, kimika, pisyolohiya o medisina, panitikan, at kapayapaan. Ang ikaanim na gantimpala ay nilikha kalaunan para sa agham pang-ekonomiya ng Swedish central bank.

Ang desisyon kung kanino ipagkakaloob ang gantimpala ay nasa kamay ng ilang Swedish na institusyong akademiko.

Mga Alalahanin sa Pamana

Ang desisyon na lumikha ng Nobel Prize ay dumating kay Alfred Nobel matapos niyang basahin ang kanyang sariling obituaryo, kasunod ng pagkakamali ng isang pahayagang Pranses na hindi naintindihan ang balita tungkol sa pagkamatay ng kanyang kapatid. Pinamagatang “The Merchant of Death Is Dead”, pinuna ng artikulo si Nobel dahil sa kanyang imbensyon ng mga usok na walang eksplosibo, kung saan ang dinamita ang pinaka-kilala.

Ang kanyang mga imbensyon ay lubhang nakaimpluwensya sa paghubog ng makabagong digmaan, at bumili si Nobel ng isang napakalaking pabrika ng bakal at bakal upang gawing pangunahing tagagawa ng armas. Bilang una siyang kimiko, inhinyero, at imbentor, napagtanto ni Nobel na hindi niya nais na ang kanyang pamana ay maging isang tao na naaalala dahil kumita ng kayamanan mula sa digmaan at kamatayan ng iba.

Nobel Prize

Sa kasalukuyan, ang Kayamanan ni Nobel ay nakalagay sa isang pondo na ini-invest upang lumikha ng kita para pondohan ang Nobel Foundation at ang gintong-plated na berdeng gintong medalya, diploma, at pananalaping gantimpala na 11 milyong SEK (humigit-kumulang $1M) na ibinibigay sa mga nanalo.

Madalas, ang pera ng Nobel Prize ay hinahati sa ilang nanalo, lalo na sa mga larangang siyentipiko kung saan karaniwan ang 2 o 3 na nangungunang tao na magkasamang nag-ambag o magkasabay sa isang makasaysayang tuklas.
Sa paglipas ng mga taon, ang Nobel Prize ay naging PINAKAMAHALAGANG gantimpala sa agham, sinusubukang magbalanse sa pagitan ng mga teoretikal at napaka-praktikal na mga tuklas. Ito ay nagbigay gantimpala sa mga tagumpay na nagtatag ng pundasyon ng makabagong mundo, tulad ng radyoaktibidad, antibiotiko, X-ray, o PCR, pati na rin ang pundamental na agham tulad ng pinagmumulan ng enerhiya ng araw, ang karga ng elektron, istruktura ng atom, o superfluidity.

Ang Potensyal ng mga Laser

Nabuo noong 1960, ang mga laser ay agad naging sensasyon sa mundo ng pananaliksik sa pisika. Ang mga laser ay mga koherenteng sinag ng liwanag, na lumilikha ng napakakitid na sinag ng liwanag na may iisang haba ng alon na hindi kumakalat sa mahabang distansya.

Ang paglikha ng laser mismo ay mabilis na ginantimpalaan ng Nobel prize, noong 1964 kay Townes, Nicolay G. Basov, at Aleksandr M. Prokhorov “para sa pundamental na gawain sa larangan ng quantum electronics, na nagdala sa pagtatayo ng mga osilator at amplifier batay sa prinsipyo ng laser-maser”.
Ito ay dahil agad naging malinaw na ang mga laser ay magkakaroon ng malawak na hanay ng mga aplikasyon, mula sa industriyal na produksyon hanggang sa komunikasyon.
Gayunpaman, ang ibang mga siyentipiko ay hindi tiningnan ang mga laser mula sa anggulong ito at sa halip ay pinag-aralan pa ang teknolohiya. At nanalo ng Nobel Prize sa Pisika noong 2018 para sa kanilang mga tuklas.
Si Arthur Ashkin ay nag-aral kung paano maaaring gamitin ang laser upang ilipat ang mga mikroskopikong bagay, gamit lamang ang “bigat” ng sinag ng liwanag. Samantala, sina Gérard Mourou at Donna Strickland ay nag-develop ng pamamaraan upang lumikha ng ultra-mabilis at ultra-makapangyarihang mga pulse ng laser, ngunit ilang dekada ang lumipas, wala pang hangganan kung hanggang saan maaaring umusad ang teknikang ito upang mapataas ang bilis at kapangyarihan ng mga laser.

Pagtulak gamit ang Liwanag

Sa kabila ng pagiging walang timbang, ang mga photon na bumubuo sa liwanag ay nagdadala ng maliit na enerhiya at, samakatuwid, momentum. Sa teorya, ito ay sapat upang lumikha ng paggalaw nang hindi hinahawakan ang isang bagay.
Upang paggalawin ang mga bagay gamit ang efektong ito ay mahirap, dahil napakaliit ng nalikhang paggalaw. Kaya, sa praktika, maaari lamang itong gumana sa kalawakan (solar sails) o sa mga mikroskopikong bagay.
Ito ang larangan ng pananaliksik na pinili ni Arthur Ashkin sa Bell Laboratories. Nagsimula siyang gumamit ng mga transparent na bola na may sukat na mikrometer at nakumpirma na maaari silang itulak ng mga laser.
Isang nakakagulat na obserbasyon ay na ang mga bola ay naaakit sa gitna ng sinag ng laser, na pinakamalakas. Natuklasan niya na ito ay dahil ang gilid ng sinag ng laser ay mas mahina, kaya’t hinahawakan ang particle sa gitna nito.

Pagsasabit ng mga Particle gamit ang Liwanag

Dito nagkaroon ng breakthrough si Ashkin sa pag-convert ng laser sa tweezers na maaaring humawak at maglipat ng mga bagay ayon sa kagustuhan. Upang magawa ito, nagdagdag siya ng lente sa instalasyon na magre-refocus ng laser upang ito ay mag-concentrate sa isang tiyak na punto sa kalawakan. Sa puntong ito, ang particle ay nahuhuli, dahil ang presyon ng liwanag ng laser ay patuloy na humihila pabalik sa gitna.

Noong 1986, ang metodong tinawag na “single-beam gradient force optical trap” ay naitatag, at agad na kilala bilang mas kolokyal na “optical tweezers”. Maaari nitong hulihin ang mga particle mula sampu-sampung nanometro hanggang sampu-sampung mikrometro.
Ang mga teknik ay mabilis na naging pangunahing paraan upang hulihin, manipulahin, at palamigin ang mga indibidwal na atom.

Pagmamanipula ng mga Buhay na Selula Ayon sa Kagustuhan

Ngunit mas nakatuon si Ashkin sa potensyal nito sa pagmamanipula ng mga buhay na bagay tulad ng mga virus at bakterya. Dahil ang berdeng laser na kanyang ginamit ay masyadong malakas, lumipat siya sa infrared laser na mas kaunti ang pinsala sa mga buhay na organismo. Ang metodong ito ay agad na napatunayan na maaari nitong ilipat ang buong mga virus o bakterya, pati na rin itulak at ilipat ang mga internal na bahagi ng mga selula.
Ito ay magdulot ng pagsukat ng torsyon na nilikha ng flagellum ng bakterya, ang puwersa na inilalapat ng microtubules (bahagi ng “skeletong” selula) sa loob ng mga selula, at pagmamanipula ng mga sub-komponent ng selulang halaman.

Ang karagdagang pag-unlad sa precision at kontrol ng teknik ay magdudulot ng kakayahang manipulahin ang mga komponent na kasing liit ng isang base pair ng DNA, sukatin ang mekanikal na puwersa ng protease (enzyme na nagde-degrade ng mga protina), at i-unfold ang mga RNA molecule.
Ang mga bagong ideya ay patuloy na binubuo sa larangang ito ng agham, tulad ng holographic optical tweezers, na maaaring magamit ng libu-libong tweezers nang sabay-sabay.
Isang katulad na konsepto, na gumagamit ng soundwaves imbes na laser (acoustic tweezers), ay kasalukuyang pinapahusay din. Tinalakay namin kung paano ito maaaring mag-rebolusyon sa operasyon at medisina sa aming artikulo “Ang Targeted Drug Delivery ay Maaaring Makikinabang sa Bagong Teknik na Kabilang ang Soundwaves.”

Ultra-Mabilis na Pulse ng Laser

Nang lumabas ang laser, ang mga unang gamit ay ginawa gamit ang patuloy na sinag ng laser. Ngunit agad na naging malinaw na ang isang high-energy pulse ay maaaring maging mas kapaki-pakinabang para sa maraming ibang aplikasyon na nangangailangan ng paghahatid ng malaking kapangyarihan halos agad-agad.
Sa simula, ginawa ang mga pagpapabuti gamit ang mode-locked laser, isang pamamaraan na nagpapahintulot sa pagtaas ng nanojoule pulses hanggang sa antas ng millijoule, isang milyong beses na pagtaas sa kapangyarihan. Gayunpaman, ang pag-unlad na ito ay huminto noong 1970s, dahil ang tumataas na antas ng enerhiya ay sumisira sa mga amplifier na ginagamit.

Ang tanging paraan upang malampasan ang problemang natuklasan ay ang paggamit ng sinag ng laser na may mas malaking diyametro. Gayunpaman, ito ay mahal at magagamit lamang ng iilang pambansang institusyong pananaliksik. Dagdag pa rito, maaari lamang itong magpaputok ng ilang beses kada araw, na lubhang humahadlang sa pananaliksik na nangangailangan ng ganitong mga pulse ng laser.

Chirped Pulse Amplification (CPA) para sa Pagtulong

Naging malinaw na ang teknolohiya ng pulse ng laser ay humihinto, at kasama nito, ang lahat ng iba pang programang pananaliksik na nakadepende rito. Dito pumasok sina Donna Strickland, isang mag-aaral ng PhD, at ang kanyang tagapayo, si Gérard Mourou, sa University of Rochester sa US na nanalo ng kanilang bahagi ng Nobel Prize.
Ang pangunahing ideya ay unang “i-stretch” ang pulse ng laser, na binabawasan ang tuktok na kapangyarihan nito. Ibig sabihin, maaari na itong i-amplify nang hindi nasisira ang materyal ng amplifier. Pagkatapos ay “i-recompress” ito pabalik sa maikling pulse, na labis na nagpapataas ng kapangyarihan ng pulse lampas sa dati. Ang teknik ay tinawag na Chirped Pulse Amplification (CPA).
Simple ang konsepto, ngunit hindi ang pagpapatupad nito. Inabot ng ilang taon bago ito magawa ng dalawang mananaliksik. Gumamit sila ng higit sa isang kilometro ng optical fiber at nahirapan sa pag-synchronize ng lahat ng bahagi. Noong 1985 lamang nila ito nagawa, at ang CPA ay ginamit upang lumikha ng lalong makapangyarihang mga pulse ng laser.

Mga Aplikasyon ng Ultra-Mabilis na Pulse ng Laser

Obserbasyon sa Infinitesimal na Panahon

Isa sa mga aplikasyon ng ultrashort laser pulses ay “ilawan” ang isang target nang napakaikling panahon, sa antas ng femtosecond, isang milyong bahagi ng isang bilyong segundo. Ginagawa nitong posible ang obserbasyon ng mga phenomena tulad ng kemikal na reaksyon ng molekula na dati ay itinuturing na instant.

Ang karagdagang pag-unlad ay nagbubukas pa ng isang bagong larangan ng agham, ang attosecond science (1/1000^th ng femtosecond). Sa pamamagitan nito, maaaring pag-aralan ng mga siyentipiko ang dinamika ng elektron sa loob ng mga atom at molekula, at materyal sa condensed phase.

Paggamit sa Medisina

Ang mga laser na ito ay ginagamit din upang lumikha ng laser-plasma acceleration, na nagpapabilis ng mga particle tulad ng proton at electron sa napakataas na antas ng enerhiya. Maaari itong magamit para sa radiation therapy, at ang paggamit ng mga laser ay nagbibigay-daan sa mga makina na sapat na maliit upang mailagay sa isang ospital.
Ang ultra-mabilis na laser ay ginagamit din para sa operasyon sa mata, mula sa LASIK surgery upang alisin ang pangangailangan ng salamin hanggang sa photocoagulation para gamutin ang diabetic retinopathy (mga sakit ng retina).

Agham sa Materyales

Ang mga laser ay maaaring gamitin upang mag-ukit sa mga materyales nang napaka-tumpak. Gayunpaman, ang problema ay kapag masyadong matagal ang paggamit ng laser, mabilis na umiinit ang materyal, na nagdudulot ng mapaminsalang shockwave.
Ang femtosecond laser ay patuloy na gumagawa ng pag-ukit ngunit sapat na maikli upang hindi mag-overheat, na nag-aalis ng problemang ito.

Tulad ng nabanggit namin, ito ay nagpapahintulot sa paggamit ng mga laser para sa operasyon sa mata, pag-iimbak ng data, at paggawa ng mga surgical stent, mga silindro na may sukat na mikrometer na gawa sa pinahabang metal na inilalagay sa mga daluyan ng dugo ng katawan, at iba pang kanal.

Pag-iinvest sa Teknolohiyang Laser

Ang mga laser ay naroroon sa hindi mabilang na bahagi ng makabagong teknolohiya, mula sa optical disks hanggang sa mga kasangkapan sa operasyon, 3D printing, semiconductors, pagmamanupaktura, at genome sequencers, na may $17.8B na pamilihan na inaasahang lalago ng 7.8% CAGR hanggang 2030.
Maaari mong basahin pa ang tungkol sa potensyal ng laser sa aming artikulo “Ang mga Laser ay Nakatakdang Gumanap ng Mahalaga sa mga Darating na Dekada Habang Umuunlad ang Teknolohiya,” kasama ang mga bagong gamit sa hinaharap, tulad ng sa depensa, kalusugan, at nuclear fusion.
Maaari kang mag-invest sa mga kumpanyang may kinalaman sa laser sa pamamagitan ng maraming broker, at maaari mong makita dito, sa securities.io, ang aming mga rekomendasyon para sa pinakamahusay na mga broker sa USA, Canada, Australia, UK, at pati na rin sa maraming ibang bansa.
Kung hindi ka interesado sa pagpili ng partikular na kumpanya, maaari ka ring tumingin sa mga technology ETFs tulad ng iShares U.S. Technology ETF (IYW) o ProShares Nanotechnology ETF (TINY), kahit na walang nakalaang laser-only ETF, na magbibigay ng mas diversified na exposure upang makinabang sa mga laser at tech stocks.

Mga Kumpanya ng Laser

1. II-VI Marlow / Coherent

Ang Coherent ay isang malaking industriyal na konglomerado na may higit sa 26,000 na empleyado at nangunguna sa teknolohiyang laser, na resulta ng pagsasanib ng advanced material na II-VI (COHR ) Marlow at tagagawa ng laser na Coherent.
Ang kumpanya ay dalubhasa sa mga advanced na materyales na ginagamit sa mga laser, optics, at photonics, tulad ng indium phosphide, epitaxial wafers, at gallium arsenide. Lumago ito nang malaki dahil sa maraming acquisition sa nakaraang dekada.

Ang kumpanya ay kumukuha ng 29% ng kita nito mula sa laser, habang ang natitira ay nauugnay sa mga kasamang kagamitan tulad ng optical fiber, electronics, at instrumentation.

Ang presensya ng kumpanya sa mga advanced na materyales tulad ng thermophotovoltaics (na tinukoy namin sa isang nakaraang artikulo), silicon carbide, mga laser, at electronics ay tumutulong nitong makinabang mula sa mga estruktural na trend tulad ng paglago ng precision manufacturing, additive manufacturing (3D printing), electrification, at renewable energies.
Kamakailan, hinati ng kumpanya ang kanyang silicon carbide na negosyo sa isang bagong entidad, na pag-aari ng 75% ng Coherent, at ang natitira ay pantay na pag-aari ng mga kasosyo nitong Mitsubishi Electric (nagdadala ng silicon carbide power IP) at Denso (nagdadala ng aktibidad bilang supplier ng automotive sa electrification at power semiconductors).

2. Corning

Ang Corning ay isang kumpanyang teknolohiyang pagmamanupaktura at nangunguna sa mga pamilihan ng laser, na nakatuon sa 3 pangunahing teknolohiya: agham ng salamin, optical physics (kasama ang mga laser), at agham ng keramika.

Sa higit 50,000 na empleyado, ito ay naroroon sa maraming pamilihan, kabilang ang optical fibers (naimbento nito ang unang low-loss optical fiber noong 1970), precision manufacturing, mga salamin na may pinsala at precision, wireless networks, at kontrol ng emisyon ng sasakyan (ceramic para sa catalytic converters).
Dahil ang mga laser mismo ay nakasalalay sa napakapuring mga materyales at eksaktong ginawa na mga salamin, maraming synergy ang nagaganap sa pagitan ng iba’t ibang teknolohiya na hawak ng Corning.
Sa pangkalahatan, ang kumpanya ay may mahabang kasaysayan ng matagumpay na inobasyon sa kanyang pangunahing teknolohiya, kabilang ang:

Salamin na matibay sa init PIREX.

LCD glass.

Antimicrobial glass.

Teknolohiya sa pagkuha ng imahe para sa James Webb telescope.

Mga lente na nagfo-focus ng beam para sa nuclear fusion.

Nagbebenta rin ito ng maraming laser-based na kagamitan, tulad ng pagputol at pag-polish ng salamin at iba pang brittle na materyales.

Ang mga advanced na lente, laser, at keramika ay nagiging lalong mahalaga sa lahat ng uri ng high-tech na aplikasyon, mula sa paggawa ng semiconductor hanggang sa life science.
Ang kumpanya ay may presensya sa aerospace, biotech & pharmaceuticals, electronics & display, optical communication, at automotive, pati na rin sa pamumuno sa teknolohiya sa mga niche nito.
Lahat ng mga sektor na ito ay mabilis na lumalago at nagiging lalong umaasa sa high-tech na kagamitan na ibinibigay ng mga espesyalistang provider. Kaya, dapat magpatuloy ang kumpanya na lumago nang tuloy-tuloy at manatiling nangungunang puwersa sa kanyang maraming sektor.