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2008二极管激光产品市场前景:遵循长期发展趋势

2008-06-10 10:50
姚看江湖
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    由于各市场细分及新型应用市场如FTTx、下一代DVDs 的稳步发展,2007 年二极管激光产品市场持续增长10%。
    正如“2008 非二极管激光器市场”分析报告所介绍的,2007 年激光产品市场受全球经济发展趋势影响较为强烈。由于工业和医疗用激光产品和激光器系统市场受部分消费者投资制约,而消费者的收入和支出预算又受一般经济条件影响,所以经济因素对非二极管激光产品市场的影响很强烈;而二极管激光产品市场属于大批量、低价格消费产品,其市场需求主要受消费者和通信市场影响(一个重要的例外是医疗和工业用高功率二极管激光器售价很高,但仅占二极管激光产品市场的8%)。虽然二极管激光产品市场也受一般经济条件影响,但所受影响程度又不同于资本密集型的非二极管激光产品市场。
    举例来说,1998-2000 是电信市场的兴盛期,然而,受电信运营商对宽带市场投资过热的影响,实际生产量远远超过实际市场需求量,从而导致2001 年到2003 年电信市场萎缩期。又如,娱乐消费市场受消费者对最新电子游戏青睐的影响,致使播放器(如DVD 播放器)的价格连续走低,进而压低了二极管激光器(如650nm 二极管激光器)价格。预计产品价格持续下降是二极管激光器市场
发展的主要特征。
    二极管激光器市场约占整个激光产品市场的55%,总值达到74 亿美元(如图1),与长期增长趋势相一致。2007 年二极管激光器市场销售额增长10%达到38.1 亿美元(这一增长值是基于对2006 年市场结构调整而得的),各主要市场细分部分都有所增长,销售量增长比较平缓为0.7%,总计8.27 亿台,这表明销售收入增长源于较高的平均销售价格。


    电信市场的兴盛/萎缩期是1998-2003,随后电信市场进入年增长率为7.6%的相对平稳发展期(如图2),下面讨论各二激光激光器市场细分的市场销售情况。

    电信

    2007 年通信用二极管激光产品市场销售额为17.4 亿美元,自2001 年以来首次超过光存储激光产品市场销售额。通信用二极管激光器、收发器,尤其是用于FTTx(光纤到户/节点/楼)的收发器市场销售持续增长。用于FTTx的双向、三向收发器的销售量增加到700 万件,这一数值不包括稳步增长用于其他网络(远距网和都市网)的设备数目。值得注意的是,用于FTTx 的收发模组的平均价格(约60 美元)较低,致使销售总值约为4.3 亿美元。经过多年的发展,FTTx 收发器市场终于实现了增长并且还会以此速率继续增长,但预计今后的年销售量不会再增长了。因为在此市场领域,日本市场将完成扩建,美国Verizon 和 AT&T 公司占据美国市场,而且没有迹象显示有其他供应商准备加入此市场。
    今年,我们调整了2006 年和2007 年通信用二极管激光产品市场销售值,因为FTTx收发器市场出乎意料的强劲增长促使2007 年激光发送机和接收机的市场整体销售额增至15.9 亿美元。FTTx 收发器市场的增长不仅降低了平均价格,而且还反映了大量低速率、低价格产品与少量高速率、高价格收发器的组合。如果适当地控制供应端,通信用激光器、收发器的价格会比较平稳,但目前还没有迹象表明这一趋势。事实上,目前该市场供大于求,各主要供应商获利微薄。
    其他增长强劲的产品包括可调谐激光器、40Gbit/s 收发器及部分100Gbit/s 收发器。可调谐激光器将逐步成为灵活式WDM 网络可重构光分插复用器(ROADMs)的主流产品;40Gbit/s 链路作为串行链路销量大量增长,目前40Gbit/s 收发器被视为从10Gbit/s 以太网到100Gbit/s 以太网的替代性过渡产品。
    Infinera 公司继续致力于O-E-O 方式的光纤传输,虽然总量值相对较小但却是很重要的。首先,Infinera 公司为尚无标准的系统自主研发设备;其次,其研发的设备以特有的方式将多种二极管激光器与其它设备元件集成到一块芯片上。
    通信用泵浦激光器市场依然增长强劲,但发展前景尚不可预见。这类激光器主要用于泵浦光放大器,在光纤照明及新光纤安装过程中引入光放大器用于扩大容量。高功率二极管激光器产品包括980nm 单模二极管激光器、价格较低的多模二极管激光器以及用于海底通信的少量高价二极管激光器。虽然放大器的用量很大,但所用的二极管激光器数量明显少于前几年,因此2007 年泵浦二极管激光器的总销售额降到了1.5 亿美元。此外该市场往往是循环发展的,这表明目前的增长期有可能很快过渡到没有前兆的缓慢期。
    预计2008 年通信用二极管激光产品市场销售总体增长7.2%达到18.6 亿美元,小于2007 年15%的增长率,因为预计2008 年FTTx 收发器市场增长可能放慢。虽然通信用二极管激光产品市场会继续强劲发展,但由于美国、日本市场趋于饱和,其市场需求量会趋于平缓。

    光存储

    经历了2006 年15%的收入下降之后,2007 年光存储二极管激光产品市场尽管销售总量下降了1.1%至7.14 亿台,但销量额增长7.7%达到16 亿美元。下一代光存储技术将是收入增长的主要驱动力,包括索尼公司出品的蓝光光盘和东芝公司出品的HD DVD。2004 至2006年光存储用二极管激光产品销售数量的增长不能平衡平均销售价格的下降,致使光存储二极管激光器市场总体处于萎缩期,而销售价格下降的一个重要原因是从台湾可购买到大量低成本的二极管激光产品。2007 年,780nm 二极管激光器的销量首次下降,下降的主要原因是DVD 驱动器、播放器、刻录机使用双波长(780/650 nm)二极管激光器的数量增加,双波长激光器与<700nm 激光器共同替代了650 和850nm 单波长激光器,<700nm 激光器主要用于CD 类型介质的读写。
    2006 年,使用405nm 二极管激光器获得高存储密度的商用HD DVD 和蓝光光盘播放器首次问世。然而,2006 年405nm 二极管激光器的销量比较平缓,直到2006 年11 月,当索尼公司推出使用蓝光光盘技术的第三代流行视频游戏播放器——PlayStation 3 播放器时,405nm 二极管激光器市场才有所起色。2006 年索尼公司共生产了200 万台PlayStation 3 播放器,大大增加了光存储二极管激光产品的销售收入,但还没有突破2005年的销售纪录。
    2007 年PlayStation 3 播放器的出货量大幅度增加超过1100 万件,是405nm 二极管激光器销售量的主要市场。2007 年蓝光光盘和HD DVD 播放器企图获取销售市场突破,甚至采取降低价格的办法刺激市场,然而,两种播放器的销售总量不足100万台。这些视频播放器的优势在于能在广受欢迎的平板显示器及背投式高清晰数字电视上播放高清晰画面(2007 年全球售出的数字电视有40%是背投式高清晰数字电视),然而只有少量电影可以以HD 形式播放。
    更成问题的是蓝光光盘与HD DVD 正在进行的格式之战,类似于20世纪70 年代后期、80 年代初期进行的Betamax-VHS 之争。目前的消费者在不知道哪种格式占据未来市场的情况下被迫选择其中一种形式,对于那些早期投资错误的人来讲,一旦播放格式确定下来留给他们的将是一套昂贵而不中用的设备。所以,对于消费者来说短期内一个明智的选择是购买能够提供近似HDTV 高清晰画面的转换型DVD 播放器,这类播放器可以以DVD 格式播放数以万计的电影。
    将来无论是蓝光光盘还是HD DVD 占据市场主要地位,播放器的价格都会下降,而且高清晰数字电视会成为广播有线电视的标准(将于2009 年于美国普及,由通信委员会委托管理)。这一标准鼓励采用HD 播放器、刻录机,最终代替
DVD 播放器、刻录机。于是,405nm二极管激光器的未来市场似乎比较明朗了,反过来这也会进一步促进光存储器市场的稳步增长,索尼和日亚化学(Nichia)公司目前是405nm 二极管激光产品的主要制造商。索尼为PlayStation 3 播放器提供所有二极管激光器,目前是该产品市场的主宰者。
    2008 年,预计光存储器二极管激光产品市场销售额增长5.8%达到16.9亿美元,其中405nm 二极管激光器市19场销售额增长38%达到3.81 亿美元,但用于CD 的780nm 二极管激光器市场销量将会下降14%至3.12 亿美元,虽然用于DVD 的650nm 二极管激光器市场销售量和销售额都会继续增长,但即将接近饱和。

    高功率二极管激光器

    2007 年,高功率二极管激光器市场整体增长仅1.4%,是近几年增长最缓慢的一年。前些年,泵浦固体激光器和光纤激光器激光二极管占高功率激光器市场的最大份额,这类激光器占这个市场的59%约为1.71 亿美元。随着光纤激光器的快速发展,单管二极管激光器泵浦成为高功率二极管市场日益重要组成部分。这类高功率二极管的主要供应商IPG Photonics 公司也是光纤激光器的主要供应商,它可以实现自产自销。
    除泵浦二极管激光器销售收入增长4.7%之外,其他高功率激光产品的销售收入没有增长甚至有所下降。近年来受手持式脱毛器驱动的医疗二极管激光器市场,今年市场销售额仅为6290 万美元,但手持式脱毛器市场本身发展仍然平稳。落地式脱毛机市场改变了近几年的发展势态,增长了10%达到830 万美元。
    用于印刷和图像艺术领域的单管和条形高功率二极管激光器继续占市场的重要地位,2007 年收入达到2270 万美元。然而值得注意的是,在印刷业由于紫光激光二极管价格下降及质量提高,紫光波长感应印版将逐步取代红外激光的热敏式制版,尤其在报纸印刷市场。波长405nm 紫光激光二极管的市场发展受益于蓝光光盘和HD DVD 市场同类产品的大幅增加。
    高功率二极管激光器另外一个重要应用市场——材料加工,近几年没有明显变化。材料加工已经粗略地分为低功率(铜焊、锡焊)、高功率(热处理或焊接)金属材料加工和非金属材料加工(塑料焊接、接缝)两部分,其总市场销售额2007 年下降到1590 万美元。

    其他应用

    数据通信网络仍然是“其他”应用类别中市场份额最大、增长速度最快的部分,占这一类别的86%。2007 年,用于全光纤数据网络通信(局域网、存储区网络、点对点连接)的850nm 垂直腔面发射二极管激光器和1310nm Fabry-Perot 二极管激光器的市场销售增长了17.3%达到9500 万美元。并行光互连2007 年后半年开始强劲增长,使用850nm 垂直腔面发射二极管激光器阵列的光互连主要用于超级计算机和太比特路由器的底部互连,虽然此项应用已经多年,但与铜线互连相比没有充分的价格优势,因而难以开拓更广泛的市场。
    由于XFP光模块不能满足10 Gbit/s连续光通信的技术要求,新兴的SFP+光模块被看作是8 Gbit/s(光纤通路)和10 Gbit/s(以太网)光收发模组的开发目标,受到数据通信的青睐,而XFP主要用于密集波分复用(DWDM)和其他通信领域。
    由于4Gbit/s 光模块的价格跌至2Gbit/s 光模块的价格,用于存储区网络的8Gbit/s(光纤通路)的光模块销量日益增长。17Gbit/s 光模块的标准正在进行中,但引入此速率光模块还需要一段时间。

    数据介绍

    按照二极管激光产品的类型、应用分别进行统计, 2007 年二极管激光器的市场销售额及2008 年二极管激光器的预计销售额分别如图3 和图4 所示。

表1. 2007-2008 全球商用二极管激光产品销售量(台)

表2. 2007-2008 全球商用二极管激光产品销售额(百万美元)

    二极管激光产品及结构配置

    二极管激光产品市场销售收入如表2 所示,产品销售量如图1 所示,各类二极管激光产品的平均价格(ASPs)参见各个表格数据。二极管激光产品的平均价格起伏很大,表现为波长、输出功率、封装类型的函数。
    二极管激光器的封装类型根据设备的类型和应用要求会有很大不同, 包括热控和光纤耦合等多种产品。功率等级在300 mW 以下的短波长( <1000 nm)二极管激光器几乎都是单横模、单根细条的器件, 并且是以密封式To-型封装商品出售。这些激光器一般都安装在散热器上,因此完整的封装还包括一块背板光电探测器,即用于监测激光输出功率水平的背板光电探测器。这种激光器的售价不等, 大批量生产CD 型二极管激光器的售价约为0.60 美元;低功率可见光( 650 nm)二极管激光器的售价约为1 美元;可重写DVD使用的50~100 mW、660 nm 二极管激光器的售价约为3 美元。一些小批量生产的特殊二极管激光器价格会更高一些。
    低功率二极管激光器市场日趋重要的封装概念是将二极管激光器芯片、探测器芯片和光学元件混合集成到一个单一的包装中,该项技术最初应用在使用780nm 二极管激光的音频CD 和CD-ROM 中, 现已广泛应用于使用650 nm 二极管激光器的DVD 封装上。这些集成式光学读取装置的成本比用分立元件制成的读取装置的成本低很多,并且易于光盘驱动制造公司进行组装。这种封装技术是Sony 公司于1991 年在生产薄型( 15mm)Walkman CD 播放器时提出的。目前, Sony,Sharp 和Matsushita 等公司都在大批生产这种集成光学读取装置,价格大约在1.3 美元( 780 nm)到2.3 美元( 650 nm)之间,比分立式封装的二极管激光器0.6 美元到1 美元的价格低很多。现在这种集成式封装概念已经扩展到将780 nm 和650 nm 波长二极管激光器组合为一个单一包装,这种组合封装的售价约为2.6 美元,属于<700nm 类别二极管激光器。这种双波长激光器组合装置被安装在DVD 播放器和DVD-ROM 驱动器, 因此在同一个装置中还可以读取CD 型光盘。
    目前, 市场上有多种输出功率等级和结构配置类型的高功率(>1W)二极管激光器可供选用。功率10 W 的CW 标准型二极管激光器装置是宽度500nm 的单根多模二极管激光条,它们通常采用包含用于控温的珀耳帖致冷器的TO 型封装。功率在10 W 以上的激光器装置通常利用多根多模二极管激光条构成阵列来实现,此量级的标准产品是宽度为1cm 的二极管激光条, 由单一多条二极管激光阵列构成。为了获得更大输出功率, 这种二极管激光系统还可由几个阵列组合而成。
高功率二极管激光器的价格差别很大,批量生产功率为1W 的分立式二极管激光器的报价不到200 美元,而功率为50 W 的二极管激光条的价格则超过2 000 美元。虽然50 W 二极管激光条仍然是最通用的激光器结构配置, 尽管市场上已经可以购买到输出功率达60 W 的CW 结构配置单一二极管激光条。这些高功率二极管激光器与光纤耦合一起售出,为终端用户提供了更适用的光束。较高功率二极管激光阵列器件通常安装在散热器支架上, 且与水冷式散热系统相连进行冷却。对于要求高峰值功率的用户可选用脉冲(准CW 或QCW) 工作模式的二极管激光器阵列, 其峰值功率可达100 W。
    功率超过60 W CW 的高功率二极管激光条可以分立式叠放封装。因为这种结构配置散热比较困难,所以叠堆二极管激光器一般都采用准CW 工作模式运转,输出功率峰值可达5 kW。这类典型器件的封装包括水冷装置,但低工作重复率使用的器件通常采用传导方式散热。随着高效散热技术的发展, 例如微通道板冷却器的研发成功, CW 叠堆二极管激光器现已实现商品化。
    对于通信用长波长(>1000 nm)二极管激光器,单模光纤耦合(芯径大约为9nm)激光输出的误差允许范围在±1nm,因此封装过程中须加入特殊连接装置,如尾纤或单模连接器。在远距离通信激光器的封装内还包括其他元件,如用于温控的热电致冷器以及用于阻止反射光沿光纤返回激光器的光学隔离器等。在所有通信用激光器的封装内均包含背板光探测器。光纤耦合和其他封装成本提高了远距离通信用二极管激光器的平均售价,其售价从5 美元至1000 美元不等,采用共轴套管连接的低性能1310nm 法布里-珀罗二极管激光器装置售价不到5 美元,采用蝶形冷却板封装并带有尾纤的高性能分布反馈(DFB)二极管激光器售价超过500 美元。而利用多模光纤进行短距离数据通信用的二极管激光器价格较低,例如,封装好的各种结构配置的850 nm VCSELs 的售价低于5 美元。

(编辑:文静)

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