Лазеры будут играть решающую роль в ближайшие десятилетия по мере развития технологий

Лазер, сокращение от «Усиление света посредством стимулированного излучения радиации», представляет собой устройство, которое излучает свет определенной длины волны и усиливает этот свет, создавая очень узкий и очень яркий луч излучения, сфокусированный в крошечном пятне. Существует множество типов лазеров, включая волоконные лазеры, газовые лазеры, твердотельные лазеры, лазеры на красителях и диодные лазеры, все из которых имеют общий базовый набор компонентов.

Сегодня лазеры являются ключевой частью многих продуктов, которые мы используем каждый день, от потребительских товаров, таких как Blu-Ray, компакт-диски, DVD-плееры и сканеры штрих-кода, до лазерных принтеров и операций на глазах LASIK. Кроме того, его используют для измерения, резки, гравировки, сверления и маркировки широкого спектра материалов.

Первый лазер был разработан в 1960 году на основе работ Альберта Эйнштейна по вынужденному излучению, что привело к получению им Нобелевской премии 1921 года. С тех пор мировой рынок лазерных технологий значительно вырос и, по прогнозам, к 25.6 году достигнет стоимости в 2027 миллиарда долларов.

Применение лазерных технологий

Лазер оказался чрезвычайно практичным инструментом благодаря возможности создания монохромных, контролируемых и точно направленных световых лучей. Большая часть его важных современных применений связана с оптоволоконной связью, лазерной обработкой и производством, обнаружением микроэлементов, лазерной метрологией и медицинской визуализацией. 

Хотя сама наука о свете не изменилась, лазерные технологии за последние годы быстро развивались. Итак, несмотря на то, что лазеры были изобретены несколько десятилетий назад, развивающиеся технологии наконец позволили лазерам начать играть ту роль, которую мы всегда для них представляли. 

Теперь давайте посмотрим на последние достижения и на все, что становится возможным благодаря этой технологии в различных отраслях!

Коммуникация 

Благодаря созданию безопасных сетей, способных передавать огромные объемы данных с большой скоростью, большей эффективностью и повышенным уровнем безопасности, лазерные технологии меняют правила игры в спутниковой связи. В результате ожидается, что к 2031 году мировой рынок лазерной связи космического базирования увеличится в четыре раза. по данным Straits Research.

В этой области Laser предлагает широкий спектр приложений, таких как межспутниковая связь и соединение спутник-земля. И поскольку число орбитальных спутников продолжает расти, космическая лазерная связь станет еще более важной в системах спутниковой связи.

Совсем недавно НАСА провело первое успешное испытание своего Система дальней космической оптической связи (DSOC), канал связи нового поколения, который передает информацию с помощью лазерного луча. В рамках серии испытаний, которые НАСА проводит для ускорения связи в глубоком космосе, это была самая дальняя лазерная связь на сегодняшний день. В случае успеха представители НАСА ожидают, что астронавты в ближайшие десятилетия будут использовать его в качестве средства контроля над землей.

Несмотря на то, что лазерная связь сталкивается со многими проблемами, особенно с точки зрения атмосферы, инновационные методы, такие как адаптивная оптика, управление лучом и алгоритмы коррекции ошибок, изучаются для смягчения этих эффектов, что будет способствовать практическому внедрению лазерной связи. 

Таким образом, хотя в космосе наблюдается типичное использование лазерной связи, исследования, разработки и инвестиции способствуют увеличению практического использования лазерной связи. Увеличение пропускной способности и работа в различных атмосферных условиях расширят внедрение лазерной связи на оборонном, гражданском, коммерческом и сельскохозяйственном рынках.

В международном сообществе также предпринимаются усилия по стандартизации для обеспечения совместимости и широкого внедрения лазерных систем связи. 

Защита

Военная промышленность уделяет особое внимание разработке лазерного оружия из-за его простоты в эксплуатации, точности и отсутствия побочных повреждений. Кроме того, с повсеместным приобретением смертоносных дронов военными во всем мире, возможности лазерного оружия стали центром внимания всех вооруженных сил.

В прошлом году были предположения, что Россия стала первой страной, применившей лазерное оружие, «Персевет» и «Задира» в бою по сожжению вражеских дронов. США также продвигают работы по лазерной противовоздушной обороне. 

А ранее в этом году система тактического лазерного оружия DEIMOS компании Lockheed Martin достигла своего «первого света». Американская компания также является частью первой в своем роде израильской лазерной системы противовоздушной обороны Iron Beam, которая способна сбивать вражеские самолеты, ракеты, БПЛА и минометы, направляя на них лазерные лучи. 

По мере того, как лазерные системы набирают обороты, ученые также нашли новый способ значительно увеличить мощность волоконных лазеров при сохранении качества их луча, что делает их будущей ключевой технологией защиты от недорогих дронов. 

Этот прорыв предполагает потенциальное использование многомодового оптического волокна для значительного увеличения выходной мощности волоконных лазеров (от 3 до 9 раз) без ухудшения качества луча. Достигнув этого, он позволяет этим лазерам эффективно фокусироваться на удаленных целях, что приводит к чрезвычайно высокой выходной мощности. Эта увеличенная выходная мощность повышает полезность волоконных лазеров, делая их еще более ценными для оборонной промышленности.

Другая военная сверхдержава, Китай, также добилась значительных успехов в области лазерного оружия, и несколько месяцев назад китайские военные учёные заявили, что они разработали новую систему охлаждения, которая позволяет высокоэнергетическим лазерам работать «бесконечно» без какого-либо накопления энергии. отработанного тепла, что является серьезной технической проблемой при разработке лазерного оружия. 

Благодаря этому оружие теперь может генерировать лазерные лучи столько, сколько пожелает, без каких-либо перебоев или ухудшения производительности. Новая система, использующая передовые конструкции, потенциально может существенно изменить облик оборонного космоса за счет увеличения дальности и урона, увеличения времени боя и снижения затрат.

Нажмите здесь, чтобы просмотреть список лучших акций аэрокосмической и оборонной промышленности.

Медицина

Помимо обороны, лазерные технологии также широко используются в здравоохранении благодаря своей высокой точности, производительности, устойчивости и адаптируемости. В этом секторе технологии используются для разработки новых протезов и инструментов для здравоохранения, а производители медицинского оборудования используют лазеры для удобного проектирования и разработки нового медицинского оборудования. 

Использование лазера сокращает рабочую силу и другие затраты на производство. Он также может выявлять контрафактные товары в клиниках и больницах. Более того, хирурги могут легко выполнять сложные хирургические процедуры с помощью лазеров.

От офтальмологии, стоматологии и дерматологии до урологии, лазерные технологии все чаще используются в здравоохранении: с их помощью лечат такие проблемы, как болезни сердца, глаукома, опухоли, рак, варикозное расширение вен, проблемы с простатой, травмы коленей и камни в почках. Между тем, ультразвуковые системы на основе лазеров предоставляют изображения внутренних особенностей тела, имея при этом возможность отслеживать стадии заболевания с течением времени.

Помимо этого, лазерные технологии также используются в неинвазивных медицинских процедурах, таких как селективная лазерная трабекулопластика, фотодинамическая терапия, удаление татуировок, омоложение кожи, низкоинтенсивная лазерная терапия и эпиляция. Низкоинтенсивная лазерная терапия (НИЛТ), в частности, выделяется в стоматологии тем, что предлагает явное преимущество с точки зрения безопасности и комфорта пациента и не требует фармацевтического вмешательства.

Более того, с тех пор, как более двух десятилетий назад FDA впервые дало разрешение на использование лазера в терапевтическом применении для человека, лазерная терапия и ее терапевтические применения претерпели значительные изменения и широко используются для облегчения боли, регенерации тканей и улучшения общего состояния. оздоровительный.

Затем используются лазеры, чтобы комары не кусали людей и не распространяли болезни. Такие продукты, как устройство мониторинга фотонного ограждения (PFMD), отслеживают насекомых в полете и уничтожают тех, кто идентифицируется как цель, сбивая их микровзрывом лазерной энергии. Первым применением PFMD является проверка разработки и эффективности мер борьбы с переносчиками вредных насекомых в сельском хозяйстве, гостиничном бизнесе, правительстве, армии и на рынках борьбы с вредителями в жилых домах.

Нажмите, чтобы просмотреть список десяти лучших акций здравоохранения.

Анализ и экспериментирование 

Лазерные технологии играют решающую роль в различных областях анализа и экспериментов благодаря своим уникальным свойствам, точности и универсальности. 

В атомной и молекулярной физике исследователи и ученые используют лазеры для замедления и улавливания атомов при чрезвычайно низких температурах. Помимо использования лазеров для управления квантовыми состояниями, его настраиваемый источник света помогает изучать уровни энергии и переходы в атомах и молекулах.

Лазерное охлаждение, которое было впервые продемонстрировано 40 лет назад и произвело революцию в атомной физике и стало использоваться в исследованиях квантовой информации, квантовых вырожденных газов, атомных часов и испытаний фундаментальной физики, теперь применяется к антивеществу. Ожидается, что способность манипулировать движением атомов антивещества с помощью лазерного света предоставит новаторские возможности для будущих экспериментов, таких как создание антиатомных фонтанов и создание молекул антивещества.

Еще в 2021 году коллаборация АЛЬФА в ЦЕРН преуспела в охлаждении атомов антиводорода, простейшей формы атомной антиматерии, с помощью лазерного света, что рассматривается как «изменение правил игры в спектроскопических и гравитационных измерениях».

Между тем, для понимания Вселенной также проводятся исследования по ускорению частиц на основе взаимодействия лазера и плазмы. Помимо понимания эволюции всех живых существ путем понимания химических реакций, возможности такой технологии также помогают в лечении рака, где она может стать альтернативой традиционной рентгеновской лучевой терапии. Технология ускорения частиц, основанная на взаимодействии лазера и плазмы, позволяет достигать очень высоких энергий на очень малых расстояниях, что потенциально приводит к очень значительному увеличению объема.

Лазерная технология также используется для производства наноматериалов с различными химическими и физическими характеристиками с помощью нескольких лазерных процессов, разработанных для производства наноматериалов, таких как лазерное восстановление, лазерное отшелушивание и лазерная абляция.

Чистая энергия/Ядерный синтез

Продолжающийся рост возобновляемой энергетики во всем мире открывает все больше возможностей для методов лазерной обработки. В отрасли чистой энергетики лазерные технологии используются при производстве нового оборудования для производства энергии, а также при выводе из эксплуатации электростанций по окончании их срока службы.

Помимо использования в производстве, лазеры можно использовать при наплавке, которая также известна как лазерное осаждение металла, и улучшать свойства обрабатываемых ими поверхностей. Между тем, компоненты микрогазовых турбин могут извлечь выгоду из очистки волоконным лазером. 

Когда дело доходит до солнечной энергии, контакты с лазерным излучением обещают повысить эффективность солнечных элементов и используются при резке и маркировке полупроводниковых пластин, а также для разделения электрических цепей отдельных ячеек больших солнечных панелей.

В будущем мы можем увидеть использование лазеров для создания солнечных панелей нового поколения, а также производства батарей для хранения энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками.  

Лазерные технологии также применяются в ядерном синтезе. Год назад министр энергетики США объявил о прорыве в области лазерного ядерного синтеза, в ходе которого исследовательская лаборатория создала крошечное солнце на Земле. Источником света, использованным в этом эксперименте, был самый большой лазер в мире, который использовал 192 линии луча для генерации импульсов. Лазерные лучи производили на 54% больше энергии, чем входило в них. 

В этом году 192 лазера разрушили крошечную капсулу, наполненную дейтерием и тритием, тяжелыми изотопами водорода, что вызвало реакцию термоядерного синтеза, которая произвела больше энергии, чем лазерные лучи направили на цель во время процесса. 

По словам Майкла Кэмпбелла, бывшего директора лаборатории лазерного синтеза Рочестерского университета, который сейчас работает в Калифорнийском университете:

«В течение следующих нескольких лет вполне возможна урожайность от 5 до 10 МДж».

Но, конечно, для этого нам потребуются импульсные лазеры высокой энергии и средней мощности, построенные в виде заменяемых модулей, что приведет ко многим новым промышленным применениям.

Нажмите здесь, чтобы просмотреть список лучших акций возобновляемых источников энергии.

Компании, специализирующиеся на лазерных технологиях 

Теперь давайте посмотрим на известные компании, которые разрабатывают лазеры или лазерные технологии:

# 1. Корпорация Локхид Мартин (LMT)

Ведущая оборонная и аэрокосмическая компания, которая также занимается исследованиями в области ядерного синтеза, имеет рыночную капитализацию в 111.74 миллиарда долларов и выручку за 12 месяцев (TTM) в 67.68 миллиарда долларов. 

Цена акций Lockheed, торгующаяся на уровне $450.4, в этом году упала на 7.42%, а дивидендная доходность составила 2.80%. Показатель прибыли на акцию (TTM) компании составляет 27.38, а P/E (TTM) — 16.45. 

В прошлом году Lockheed поставила Министерству обороны США систему высокоэнергетического лазерного оружия, а в этом году армия США снова предоставила компании контракт на разработку прототипа лазера, способного защищать от огня непрямой наводкой.

# 2. Когерент, Инк. (COHR)

Coherent Corp., ведущий производитель лазерных систем для различных применений, включая связь, обработку материалов и медицину, имеет рыночную капитализацию в 5.45 млрд долларов. 

На момент написания ее акции торгуются по цене $36.02, что на 2.62% выше с начала года (с начала года). За последние 12 месяцев подряд выручка Coherent составила $4.869 млрд, а прибыль на акцию (TTM) составила -3.01, а P/E (TTM) -11.96.

# 3. Корпорация IPG Photonics (IPGP)

Компания производит лазерные решения, которые используются в обработке материалов, медицине и передовых приложениях. Несколько месяцев назад компания IPG Photonics выпустила двухлучевой лазер с «самой высокой» одномодовой мощностью ядра. 

Акции IPG Photonics, также участвующей в исследованиях в области чистой энергетики, торгуются на уровне $95.62, а выручка (TTM) составляет $1.32 млрд. Компания имеет прибыль на акцию (TTM) 1.82 и P/E (TTM) 52.40. 

# 4. Корпорация Northrop Grumman (NOC)

Northrop Grumman — глобальная аэрокосмическая и оборонная компания с рыночной капитализацией в 70.8 млрд долларов. Он также участвует в разработке лазерных систем для оборонного применения. 

В октябре 2023 года Агентство космического развития Пентагона заключило с Northrop Grumman контракт на сумму 732 миллиона долларов на строительство 38 спутников для передачи данных в рамках космической архитектуры распространяемых боевых истребителей, которую строит агентство. 

В настоящее время акции Northrop Grumman торгуются на уровне $469.58, снизившись на 13.9% с начала года. Выручка компании (TTM) составляет $38.685 млрд, а дивидендная доходность составляет 1.59%.

# 5. Термо Фишер Сайентифик Инк. (ТМО) 

Компания предоставляет аналитические инструменты, в том числе на основе лазерных технологий, а также расходные материалы, используемые в медицинских исследованиях, диагностике заболеваний, а также открытии и производстве новых лекарств. 

Цена акций Thermo Fisher в этом году упала на 11.47% и сейчас торгуется на уровне $487.53. Рыночная капитализация компании составляет $188.36 млрд, выручка (TTM) — $43.421 млрд, дивидендная доходность — 0.29%, при этом прибыль на акцию (TTM) — 15.27, а коэффициент P/E (TTM) — 31.93.

Вывод

Как мы видели, лазерные технологии имеют огромный потенциал и находят свое применение в различных областях. Хотя лазеры уже расширяют возможности человечества, исследования и разработки продолжаются, но прорывы помогут этой технологии развиваться и становиться еще более мощной. От медицины, датчиков, энергетики и электромобилей до оцифровки и квантовых технологий — лазерные технологии способны изменить обширные области нашей жизни.

Нажмите здесь, чтобы узнать все об инвестировании в пять наиболее перспективных технологий.