Lazerler Modern Dünyanın ve Geleceğin Temel Teknolojisi Olarak

Lazerlerin Potansiyeli

İlk lazer 1960 yılında inşa edildiğinden beri, Bunu mümkün kılan fiziğin arkasındaki bilim insanları 1964 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüler, teknoloji yeni uygulamalar bulmaya devam etti. Lazerler genellikle şunlar için kullanılır:

• gravür ve baskı,
• fiber optik iletişim,
• optik diskler,
• yarı iletken üretimi,
• cerrahi,
• sağlık tedavisi,
• ölçümler,
• askeri hedefleme.

Bunun üzerine inşa edilerek yakın gelecekte bunların üretim süreçlerinde (kaynak, 3D baskı), uydu telekomünikasyonunda, uzay gemilerinin itilmesinde, biyoteknolojide, bilgi işlemde (fotonik), nükleer füzyon ve hatta silahlar.

Lazer Prensipleri

Lazer, bir kısaltmadır Light Aamplifikasyon tarafından Suyarılmış Emisyonu Radiation. Lazer teknolojisinin arkasındaki temel fikir, sıradan ışık yerine "tutarlı" ışık üretmektir.

Tutarlı ışık ışınları, uzun mesafelere dağılmayan, tek bir dalga boyunda çok dar bir ışık oluşturur.

Kaynak: Britannica

Bir lazer yaratmanın yolu, genellikle gazdan oluşan ancak sıvı veya katı da olabilen yayıcının atomlarını uyarmaktır, böylece ışık yayarlar ve bu ışığın çoğu lazerin içinde hapsolur ve yansıtılır, ta ki tutarlı bir ışık demeti olarak kaçana kadar.

Kaynak: Kwazulu-Natali Üniversitesi

Lazerler, her biri ışığı üretmek için kendi malzemesini kullanan, çok çeşitli ışık dalga boyları için yapılabilir ve bu da çalışma biçimlerini değiştirir. Farklı dalga boyları farklı enerji seviyeleri taşıyacak ve hedeflenen malzemeye bağlı olarak farklı şekilde emilecektir.

Örneğin sadece tıp alanında bile amaca göre pek çok farklı lazer kullanılabilmektedir.

Kaynak: Kwazulu-Natali Üniversitesi

(Lazerin arkasındaki bilimsel prensiplerle ilgilenen okuyucular “Lazer Prensipleri(Daha fazlasını öğrenmek için ” bölümüne bakın).

Lazer Teknolojisi İyileştirmesi

Yıllar geçtikçe lazerler büyük ölçüde gelişti. Yeni malzemeler, CO ile mevcut dalga boylarını artırdı₂, yakut, titanyum-safir ve kuantum nokta lazerleri (kendisi 2023 Nobel Fizik Ödülü).

Bu, ultra kısa darbeli lazerlerin yanı sıra imalat ve tıpta belirli uygulamalara göre hassas bir şekilde ayarlanmış lazerler için de olasılık yarattı.

Düşük güçlü lazerler 1970'lerde kod çubuğu tarayıcılarına entegre edilebilecek kadar ucuz hale geldi. Daha sonra CD'lerde ve daha sonra DVD'lerde ve Blu-Ray disklerinde depolanan verileri okumak için kullanılacaktı.

Kaynak: Lazer Savaşı

Örneğin, yeni lazer biçimleri de ufukta olabilir; "açık hava lazerleri"daha sağlam ve hafif olabilirdi.

Lazer Uygulamaları

Sonsuz Küçük Zaman Gözlemleri

Ultra kısa lazer darbelerinin uygulamalarından biri de bir hedefi çok kısa bir süre, femtosaniye mertebesinde, yani saniyenin milyarda birinin milyonda biri kadar bir sürede "aydınlatmaktır".

Bu sayede daha önce anlık olarak görülen molekül kimyasal reaksiyonları gibi olayların gözlemlenmesi mümkün hale geliyor.

Kaynak: Nobel Ödülü

Daha fazla ilerleme, attosaniye bilimi (1/1000) gibi tamamen yeni bir bilimsel alan açıyor.^th (bir femtosaniyenin) Bununla birlikte, bilim insanları atomlar ve moleküller içindeki elektron dinamikleri ve yoğunlaştırılmış fazdaki madde araştırılabilir.

Gravür ve Üretim

Lazerler, malzemeleri çok hassas bir şekilde oymak için kullanılabilir. Ancak, sorun, lazerin çok uzun süre kullanılmasının malzemenin hızla ısınmasına ve bunun da zararlı şok dalgaları oluşturmasıdır. Güçlü lazerler veya kusur gerektirmeyen malzemeler için bu bir sorundu.

Geliştirilmiş femtosaniye lazerler hala oyma işlemini gerçekleştiriyor ancak aşırı ısınmayacak kadar kısa olduklarından bu sorun ortadan kalkıyor.

Kaynak: Nobel Ödülü

Günümüzde lazerler metallerin yanı sıra plastik, ahşap, cam vb. malzemelerin delinmesi, kesilmesi, işaretlenmesi, dokulandırılması ve kaynaklanması gibi işlemlerde rutin olarak kullanılmaktadır.

“Günümüzde üretilen parçaların birçoğu, yalnızca lazer delme ile oluşturulabilen mikroskobik özelliklere ihtiyaç duyuyor.

Doğrudan yazma, delme ve maske yansıtma gibi yöntemlerle, herhangi bir ısı etkisi veya malzeme hasarı olmadan, çok çeşitli malzemelerde çok küçük, karmaşık özellikler üretilebilir.”

Laser Light Technologies Mühendislik Direktörü Matt Nipper, şimdi bir parçası Spektrum Plastikleri.

Modern lazer makineleri, CNC makineleriyle aynı şekilde gelişmiş yazılımlar aracılığıyla kontrol edilir. Lazer üretim araçları, birkaç bin dolara mal olan küçük masaüstü cihazlardan, milyonlarca dolarlık fabrika boyutundaki makinelere kadar çeşitlilik gösterir.

Lazerler o kadar hassastır ki artık kabloların yalıtımını kaldırmak için bile kullanılırlar.

“Yalıtım 0.005 inçlik bir tolerans dahilinde çıkarılabilir. Soyma, tel boyunca herhangi bir noktada yalıtımın çıkarılması için programlanabilir ve bu da yüksek hassasiyetli orta açıklık çıkarmalarına olanak tanır.”

Laser Light Technologies Mühendislik Direktörü Matt Nipper, şimdi bir parçası Spektrum Plastikleri.

 3D Baskı

Birçok 3D yazıcı, 3D yazdırılmış nihai ürünü oluşturmak için kullanılan plastiği veya metali eritmek için bir lazer kullanır. Buna şunlar dahildir: lazer-yatak füzyonu, halka şeklindeki bir lazer ışını kullanılarak daha da hassas ve güçlü hale getirilebilecek bir teknik.

Kaynak: Uluslararası Makine Takımları ve Üretim Dergisi

Aynı anda iki lazer de standart bir kurulum haline gelebilir Katmanlı üretim sürecini hızlandırmak için.

Genel olarak, 3B baskı üretim süreçlerinin giderek daha büyük bir parçası haline geldikçe, “3D Baskı Üretimin Geleceğine Güç Katıyor” lazerlere olan talebin de aynı oranda artmasını bekleyebiliriz.

Tıbbi Kullanımlar

Lazerlerin yoğun ışığı, lazer-plazma ivmesi yaratmak için kullanılabilir, protonlar ve elektronlar gibi parçacıkları aşırı enerji seviyelerinde hızlandırır. Bunlar radyasyon terapisi için kullanılabilir, lazerler hastane ortamına sığacak kadar küçük makinelere izin verir, çok daha büyük ve daha hantal olan parçacık hızlandırıcılarının aksine.

Ultra hızlı lazerler, gözlük ihtiyacını ortadan kaldıran LASIK cerrahisinden, diyabetik retinopatiyi (retina hastalıkları) tedavi eden fotokoagülasyona kadar göz ameliyatlarında da kullanılıyor.

Kaynak: Nobel Ödülü

Lazerler, kullanılan dalga boyuna bağlı olarak, sadece cildin üst tabakasını etkilemekten, daha derindeki kan damarlarına kadar cilt tedavisinde kullanılabilir.

Kaynak: Lazer Odak Dünyası

Son olarak lazerlerin kozmetik tedavilerde, saç ve dövme silme işlemlerinden cilt gençleştirmeye, akne izlerinin ve pigmentli lekelerin (örneğin yaşlılık lekeleri ve benler) giderilmesine kadar uygulamaları bulunmaktadır.

Veri depolama

Lazerler, optik disklerdeki verileri kodlamak için birkaç on yıldır kullanılıyor. Daha güçlü, daha küçük dalga boylu lazerler, verileri daha yoğun bir şekilde depolayabilir, bu nedenle Blu-Ray için mavi LED lazere yönelindi.

Ancak artık optik disklerin kalıcı bir veri depolama biçimi olmadığı açıkça görülüyor.

Lazer kullanan pek çok yöntem artık düşünülüyor, örneğin polimerler üzerinde düşük güçlü gravür, diğer mekanik veri depolama biçimleri, elmas oymaya da 5D kristal diskler.

Kaynak: University of Southampton

Her halükarda, lazerlerin ışık dalga boylarının nanometreleri kadar hassas olma kabiliyetleri, özellikle uzun vadeli depolama için, bunların tercih edilen bir veri kaydetme yöntemi olmaya devam etmesini sağlıyor.

Yarıiletken Gravür

Yarı iletken üreticileri, endüstrinin başlangıcından bu yana, bilgisayar çiplerini oluşturmak için kullanılan malzemeyi hazırlamak amacıyla lazerlerden yararlanmaktadırlar.

Lazer kesim ve kazımanın temel avantajlarından biri, herhangi bir temas gerektirmemesi ve alternatiflere göre daha az toz üretmesidir; bu, en yüksek temizlik seviyesini gerektiren malzemeler için önemli bir avantajdır. Lazer kesim ayrıca daha az malzeme israf eder ve çatlak oluşturmaz.

Lazerler, yarı iletken malzeme ve ekipmanların kaynaklanması, kaplama çıkarılması ve markalanması işlemlerinde kullanılır.

Bilgisayar

Klasik silikon çipler mümkün olduğunca küçüldükçe, bilgisayarlarımızın ve veri merkezlerimizin gücünü artırmaya yönelik yeni bilişim biçimleri düşünülüyor.

Bunlardan biri de hesaplamalı verileri taşımak için elektronlar yerine ışığın kullanıldığı fotoniktir. Bu yöntem, silikon transistörlerin yerini alacak çok sayıda ultra hızlı lazerin yanı sıra ışık sensörleri ve optik fiberler kullanıyor ve Moore Yasası'nı canlı tutmanın bir yolu olabilir.

Başka bir seçenek de, normal bilgisayarlar için normalde imkansız olan hesaplamaları gerçekleştirmek için kuantum etkilerini kullanan kuantum bilgisayarlardır. Lazerler de burada yardımcı olabilir, hidrojen atomlarını manipüle etmek için kızılötesi lazerler kullanmak manyetik olmayan maddeleri mıknatıslamak için lazerler.

Telekom

Yarı iletkenler ve bilgisayarların yanı sıra lazerler de onlarca yıldır bilgi iletiminde kullanılıyor.

Lazer diyotlar dar bir frekansta tutarlı ışık üretebilir ve tek bir fiber optik kablo üzerinden birden fazla bilgi kanalının gönderilmesine olanak tanır. Çoğunlukla uzun mesafeli telekomünikasyon için kullanılır ve kuantum noktaları kullanılarak yapılır.

Lazerler ayrıca uydular arasında veya uydularla Dünya'daki istasyonlar arasında uzay telekomünikasyonunda da kullanılabilir.

Radyo dalgaları üzerinden lazer iletişimi kullanmanın başlıca avantajı, daha az zamanda daha fazla veri aktarımına olanak tanıyan artan bant genişliğidir. Bir diğer kalite ise Lazer telekomünikasyonunun dinlenmesi neredeyse imkansızdır, çünkü herhangi bir dinlemenin alıcının fiziksel olarak yanında olması gerekir.

Örneğin, Starlink'in uyduları her biri içermek 3 lazer Uydular Arası Bağlantılar (ISL'ler) verileri birbirlerine iletmek ve daha sonra Starlink istasyonlarına göndermek için 200 Gbps (Saniyede Gigabayt) hızında çalışırlar.

Gelecekte, Ay veya Mars'ta üs kurma potansiyeli olan herhangi bir uzay telekomünikasyonunda da büyük ihtimalle lazer kullanılacaktır; çünkü hem mümkün olan en hızlı veri transferini hem de mümkün olan en yüksek bant genişliğini sağlamaktadır.

biyoteknoloji

Floresan

Lazerlerin sıklıkla unutulan bir uygulaması biyoteknolojidir. İlk yöntem Lazerle İndüklenen Floresan (LIF)Biyolojik dokuların veya moleküllerin yeşil veya kırmızı ışık yaymasını sağlamak için bir lazerin kullanıldığı ve bunların floresan mikroskobunda gözlemlenmesine olanak sağlayan bir yöntemdir.

Kaynak: MikroskopiU

Lazerler şu alanlarda kullanılır: bir numunedeki hücreleri ayırmak için akış sitometreleri.

Bu tekniğin önemli bir alt kolu, biyokimyada biyolojik moleküllerin analizi için çok önemli teknikler olan kromatografi ve kapiler elektroforezde kullanılan LIF spektroskopisidir.

Gen Dizilimi ve Tıp

Lazerin giderek önem kazanan bir diğer biyoteknolojik uygulaması ise genetik dizilemedir.

Kaynak: Memorial Üniversitesi

Lazer teknolojisindeki gelişmeler ve maliyetlerin düşmesi, gen dizilimini hem araştırmacılar hem de tıp uzmanları için daha genel hale getirmede ve erişilebilir kılmada önemli faktörler olmuştur.

Lazerler şunlar için kullanılır: kanser tespiti ve kanser hücresi analizi ve ayrıca daha ileri analizler için ince doku dilimleri kesmek için de kullanılabilir.

Sensörler ve Otonom Araçlar.

Lazerler etraflarındaki ortamı ölçmek için kullanılabilir. Fabrikalarda lazerleri konumlandırmak, mesafeyi ölçmek veya bir engelin varlığını ölçmek için kullanılabilir.

Bu tür lazerlerin karmaşık sistemleri, nesnelerin etrafındaki mesafeyi ölçmek için lazer ışığı darbeleri kullanan LIDAR'da (Işık Algılama ve Mesafe Belirleme) kullanılır. LIDAR sistemleri rutin olarak haritalama için kullanılır.

LIDAR'lar, çoğu otonom araç sisteminin (sadece Telsa'nın kameralara güvenmesi hariç) temel bir bileşenidir; buna şunlar dahildir: Google'ın Waymo'su (GOOGL + 0.79%).

Doğrudan Enerji Silahı

İnsansız hava araçları (İHA) modern savaş alanlarında giderek artan bir tehdit haline gelirken, dünyanın dört bir yanındaki ordular onları düşürmek için düşük maliyetli çözümler arıyor.

Bu özellikle önemlidir çünkü intihar amaçlı kullanılan insansız hava araçlarının çoğu en fazla birkaç bin dolara mal olur ve bu da füze veya silah tabanlı bir çözümün hedeften daha pahalı olmasına neden olur.

Bir çözüm, doğrudan enerji silahlarının bir alt kategorisi olan lazer tabanlı silahlar olabilir (örneğin mikrodalga ışınlarını da içerir). Fikir, bir tehdit haline gelmeden önce drone'u yakmak için güçlü bir lazer ışını kullanmaktır.

Kaynak: Lazer Odak Dünyası

"Mühimmat"ın maliyeti yalnızca enerji maliyeti olacağından, bu uzun vadede tek uygulanabilir seçeneklerden biri olabilir. Ancak fikir henüz olgunlaşmamış durumda ve aktif savaş alanlarına yerleştirilmeden önce çözülmesi gereken birkaç sorun var:

• Sisli havalarda lazer silahlarının etkisi azalabilir.
• Enerji tüketimi çok büyük olduğundan hem üretimi hem de hızlı ateşleme için depolanması sorunludur.
• Lazerler nispeten kırılgan cihazlardır ve bu da onları ön saflarda kullanmak için pek güvenilir kılmaz.

Lazer tabanlı silahların ilk büyük ölçekli konuşlandırma uygulamasının askeri üsler ve gemiler gibi sabit tesislere yönelik olması muhtemel.

Nükleer füzyon

Günümüzde nükleer füzyonu elde etmek için en yaygın kullanılan strateji, plazmayı tutmak için manyetik alanlar kullanan tokamak adı verilen halka biçimli yapılardır.

“ başlıklı yazımızda açıkladığımız gibiNükleer Füzyon – Ufuktaki Nihai Temiz Enerji ÇözümüAncak nükleer füzyonu başarmanın tek olası yöntemi bu değil. Bir diğer seçenek ise lazer kullanarak hidrojen atomlarını o kadar sıcak hale getirmek ki, birbirleriyle çarpışsınlar, bu da anında şok dalgaları yaratarak hidrojen atomlarını birbirine iter.

İyi bir örnek ABD Ulusal Ateşleme Tesisi (NIF)192 güçlü lazer ışınını kurşun kalem silgisi büyüklüğündeki bir hedefe yönlendiren, güçlendiren, yansıtan ve odaklayan. Bu, tek bir noktada 500 trilyon watt'lık maksimum güç sağlar.

Kaynak: Britannica

Bu tür sistemler potansiyel ticari nükleer füzyon için iyi adaylardır ve ayrıca derin uzay gemileri için darbeli füzyon tahriki için de yararlı olabilirler.

Uzay Uygulamaları

Astrofizik

Astrofizik genellikle Dünya'da tekrarlanması zor olan aşırı basınç ve sıcaklık koşullarıyla ilgilenir. Örneğin, yıldızların veya gazlı dev gezegenlerin içeriği.

X-ışını serbest elektron lazerleri (XFEL'ler) böyle bir çalışmanın yapılmasına yardımcı olabilir Sıcak Yoğun Madde (WDM)Bu da daha iyi uzay araçlarının ve nükleer füzyon motorlarının yaratılmasına yardımcı olabilir.

Yörüngesel güneş

Temiz enerji üretimi için büyüyen bir olasılık yörüngesel güneş enerjisidir. Bunun nedeni, bir güç sistemini yörüngeye fırlatmanın maliyetinin çok hızlı bir şekilde azalması ve binlerce tonluk kargoyu yörüngeye kaldırma veya uzay tabanlı üretim fikrini uygulanabilir hale getirmesidir.

"" bölümünde incelediğimiz gibiSonsuz Temiz Enerji İçin Uzay Tabanlı Enerji Çözümleri“Üretilen enerji, mikrodalga ışınları veya güçlü lazerler kullanılarak Dünya'ya geri gönderilebilir.

Güneş yelken

Lazerler için uzay tabanlı bir diğer gelecek olasılık güneş yelkenleridir. Ana fikir, fotonlar kütlesiz olsa da yine de çok küçük bir momentum taşımalarıdır.

Derin uzayın ağırlıksız ortamında, bu küçük itme kuvveti bir uzay gemisini hızlandırmaya yetebilir.

Güneş yelkeni, ışığı yakalayıp itici güce dönüştürebilen folyodan yapılmış büyük bir yelken olurdu. Yörüngesel veya Ay tabanlı lazer sistemleri, böyle bir sisteme daha fazla ışık gönderebilir ve kimyasal roketçilikle ulaşılamayacak hızlara ulaşmasını sağlayabilir.

Kaynak: Tüm İnsanlık İçin TV

Bu yöntem, bilinen fizik kuralları kullanılarak teorik olarak bir uzay gemisinin ışık hızının %20'sine kadar hızlanması sağlanabileceğinden, yıldızlar arası yolculuklarda bile kullanılabilir.

Lazer Teknolojisine Yatırım

Lazerler, optik disklerden cerrahi aletlere, 3D baskıya, yarı iletkenlere, üretime ve genom dizileyicilere kadar modern teknolojinin sayısız parçasında mevcuttur. 17.8 milyar dolarlık pazarın 7.8'a kadar %2030 yıllık bileşik büyüme oranıyla büyümesi bekleniyor.

Lazerle ilgili şirketlere birçok broker aracılığıyla yatırım yapabilirsiniz ve burada bulabilirsiniz. menkul kıymetler.io, en iyi brokerlar için önerilerimiz Amerika, Kanada, Avustralya, UK, diğer birçok ülkenin yanı sıra.

Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız aşağıdaki gibi teknoloji ETF'lerine de bakabilirsiniz: iShares ABD Teknoloji ETF'si (IYW) or  ProShares Nanoteknoloji ETF'si (TINY) Nanoteknoloji ve teknoloji hisselerinden yararlanmak için daha çeşitlendirilmiş bir pozisyon sağlayacak, yalnızca lazerlere özel bir ETF mevcut olmasa bile.

Ayrıca şunları da yapabilirsiniz Özel raporumuzda galyuma nasıl yatırım yapacağınızı öğreninGalyum, lazer yapımında kullanılan önemli bir element olduğundan, şu anda ABD-Çin ticaret savaşının merkezinde yer alıyor

Lazer Şirketi

II-VI Marlow / Tutarlı

Coherent, gelişmiş malzeme II-VI Marlow'un lazer üreticisi Coherent ile birleşmesinden doğan, 26,000'den fazla çalışanı olan ve lazer teknolojisinde lider olan büyük bir endüstriyel holdingdir.

Şirket, indiyum fosfit, epitaksiyel plakalar ve galyum arsenit gibi lazerlerde, optiklerde ve fotonikte kullanılan ileri malzemeler konusunda uzmandır. Son on yılda çok sayıda satın alma sayesinde büyük ölçüde büyüdü.

Kaynak: tutarlı

Şirket gelirlerinin %29'unu doğrudan lazerden elde ediyor, geri kalanı ise optik fiber ve elektronik gibi ilişkili ekipmanlara bağlı. Enstrümantasyon kategorisi çoğunlukla yaşam bilimleri ve tıbbi uygulamaları içeriyor.

Kaynak: tutarlı

Şirketin termofotovoltaikler gibi gelişmiş malzemelerdeki varlığı (ki bu önceki bir makalede tartışmıştık), silisyum karbür, lazerler ve elektronik, hassas üretimin büyümesi, katmanlı üretim (3D baskı), elektrifikasyon ve yenilenebilir enerjiler gibi yapısal trendlerden faydalanmasına yardımcı oluyor.

Şirket yakın zamanda silisyum karbür işini %75'i Coherent'e ait olan yeni bir kuruluşa ayırdı; geri kalanı ise ortakları Mitsubishi Electric (silisyum karbür gücü IP'sini getiriyor) ve Denso'ya (bir otomotiv tedarikçisi olarak elektrifikasyon faaliyetini getiriyor) ait. ve güç yarı iletkenleri).

Bunun nedeni, silisyum karbürün giderek daha fazla kendi teknolojisi haline gelmesi ve çoğunlukla elektrikli araçlar, piller ve yenilenebilir enerji gibi yüksek güçlü uygulamalarda kullanılmasıdır.

Coherent bir liderdir LIDAR ve 3D-dijital algılamada, otonom sürüş uygulamaları dahil, biyoteknoloji Yeni Nesil Dizileme (NGS) Akış Hücreleri, ve yarı iletken üretimi için lazerlerAna pazarlarının yüzde 8-20 arasında büyümesini bekliyor.

Kaynak: tutarlı

Lazerlerin doğrudan enerji silahları, fotonik hesaplama, nükleer füzyon ve uzay teknolojisi gibi diğer potansiyel yeni uygulamaları da şirketin uzun vadeli büyümesini sürdürmesine eşit derecede yardımcı olabilir.

Genel olarak Coherent, sektöre ilgi duyan yatırımcılar için güçlü dikey entegrasyon ve yeniliklerini koruyan 3,100'den fazla patenti ile "saf oyun" halka açık bir lazer şirketine olabildiğince yakındır.