国际光电子产品发展知识

国际光电子产品发展知识摘要:2000年过度投资和炒作的信息市场泡沫涨到极大前后，激光光电子市场的状况表明，大起大落的项目主要与信息产品有关，其他方面的市场在稳步中发展，而且，预计2004年将有更好的复苏，文章指出激光、光电子产品的亮点之所在。国际同行已注意到中国的激光光电子市场很有潜力，国内同行们能否把握良机发展起来呢?作者对一些市场现象做了简单的评释。作者期望同仁们能克服浮躁思想，集中精英怀着艰苦踏实开发高端产品的精神去实现国内有关产品配套，并逐步去获得自主的技术专利。关键词：激光、光电子Ⅰ、历史背景作为20世纪60年代初有幸加入激光光电子学科研队伍的成员，我们经历了一场由微波受激发射介质从低压气体-晶体-非晶体-液体-高压气体、准分子-半导体-等离子体和磁性介质等；受激光振荡波长逐日地填补着电磁波频谱的每一个空隙(参见图1)；激光功率从nw(10-9瓦)-1015w以上，其瞬间功率超过全人类发电功率的总和；激光脉冲能量从nJ(10-19焦耳)-MJ(106焦耳)；激光脉冲宽度自连续波被压缩到ns(10-9秒)--ps(10-12)-近fs(10-15秒)，前所未有的接近于光子的波动周期，达到任何自然现象所不能提供的时间分辨尺度。光学领域如此之大的革命直接带给人类能力的扩展可想而知。它导致人类能够使用光通信，光通信使信息的传输速率从普通电线的64kb/s(千比特/秒)飞跃至1.0Gb/s(千兆比特/秒)-40Gb/s以上。这一飞跃，跳升了近百万倍，但还不是最后的记录，理论上，还会有几个数量级的跃升空间。这一飞跃使人类一下子跨进了信息时代。当然，由于经济规律与人类特性等诸因素密切相关，迄今人类还不能实现只升不降的“新经济”曲线。尽管如此，信息时代带给人类的好处却是实实在在的。信息时代可把在不同角落活动的人类更紧密的联系在一起，让人类真正共享公有的信息资源，它推动了许多行业的发展。激光的诞生和发展不仅使人类跨入通信时代，而且溶进了许多产业，例如计算机(主要是数据存储器与输入/输出设备)、影视、制造业、航天/航空、材料处理、医疗、娱乐、科研、安全防护、军事/反恐、工艺品、显示和印刷等等。激光器作为上述应用领域相关产品中的革新性核心部件促使上述产业得以新的面目发展。激光产品所涉及的领域很广，据不完全统计，其年交易额已达到近百亿美元。据该杂志2003年初报道，国内2002年的激光产品销售额为28亿人民币。显然，许多专用产品零部件和中间试制品未必被列进去，上述数据都是偏低的，因为与激光产品相关的光电子产品和精密技术产品等非常分散和丰富，做比较完整的统计难度较大。总之，激光光电子产品无论在研制和产品方面都仍处在发展过程中。机会已经和正在等待着同仁们去把握。Ⅱ.激光光电子市场状况1.激光产品分类依不同分类方法，激光器可分为多种类型：如电(纵向与横向)激励、化学微波、光、激光、放射性和射频等激励激光器；气体、固体、液体、半导体(LD)和等离子体激光器；x射线、紫外、可见、红外激光器；高、中、低功率激光器(脉冲和连续)；高、中、低能量激光器(脉冲)等等。近年来由于LD的发展迅速，而且与光信息产业联系密切,故常用LD和非LD二类激光产品为市场代表。显然，2000年激光产品销售额达到高峰的88亿美元之后，便明显的收缩，二年后已降剩一半左右，随后的二年又出现复苏的势头。然而，从表1中不难看出，泡沫的吹涨和破灭仅仅集中在LD之中与信息产业相关的产品。其中，非LD部分销售额是比较稳定的，相反，在信息市场气泡涨到最大的2000年，非LD销售额较低，那很可能是许多激光产品供应商都争着去切通信产业的大蛋糕了。据LaserFocusWorld杂志的分析，美国仍然是当今全球最主要的激光和光电子生产和消费大国，所以，本文所引用数据主要来源于美国。显然，对该市场在2004年的乐观估计得到复苏中的美国经济所支持。刚刚过去的2-3年中，对于欧洲而言，仍然处于黑暗之中，这不仅仅表现在通信方面，非通信方面的激光市场也同样受较大的打击。2003年欧洲三大通信公司：BritishTelecom,DeutscheTelekom和Telefoma都报道了预期财务状况会有所改善，这表明欧洲通信业正在度过低谷。最近来自世界各主要激光市场的信息均表明激光市场正在复苏，更重要的还在于激光产品的开发商们已经和正在进行调整和布置新的投资，他们把注意力移向更多的应用新领域。这一点已得到Coherent公司执行总裁JohnAmbroseo的证实，他们在开发新项目、新市场。举例说，用红外激光照明目标，并用光子元件对信号进行捕捉等系列设备。又如，紫外LED和LD项目，与细胞学、癌诊断学、生物学、基因学和药物相关的激光测试仪器、室外荧屏、高速公路信号显示等诸多方面的市场正在发展壮大之中。美欧等国在反恐战争活动的激光设备也还在升温之中。正如同行者的预言一样，激光市场正在扩展，经过数年整顿之后的激光通信市场也会有新的亮点出现，例如在快速通信方面有明显的发展。在日本，经济已显示复苏。东京股指在上升，2003年7月在东京举行的Interphoto透露了在日本，光纤到户的预订户已有30-40万户，这方面的市场潜力将有助于日本在光通信市场的复苏。2.LDLD的市场以较大的比例集中于与光纤通信有关的信息传输单元，含发射、接收光电单元，波长有850nm的垂直面发射器件(VCSELS)和1300nmFabry-Perot(法一泊)激光器，采用何种波长与光传输距离有关。这方面的市场已由于2000年通信市场(传输信息速度在1Gb/s附近)的泡沫破灭而在近几年连续大幅跳水，其中，一方面需求大减，另一方面存货太多。有关产品销售额在2002年降到底谷。作为一个典型例子，表2列出了该年世界五家主要光通信元件供应商的2002年销售额与2001年相比较的下降比例。光通信元件供应商年销售额下降比例(%)AlcatedOptronics-84；CorningPhotomics-83；JDSUniphase-73AgereopticalComponents-83；NortelOpticalComponents-85又如，美国Coherent公司报导03年总销售额4.062亿美元，亏损4千6百50万美元，02年售3.973亿美元7千零80万美元。该公司指出，其主要亏损源于Coherent附属的LambdaPhysik(Go〃ttingeen,Germany)分公司，该部主要销售与LD有关的产品，但LD的销售额已下降了29%，年亏1千8百40万美元。其中也表明主要亏损源于LD市场。当然，上述例子也表明03年的市况已比02年有所改善。据预期，今年LD市场销售额可回到34亿美元，占整个激光市场的63%，显然这一比例与4年前的75%只下降了12%，但其年销售额下降了近半。进一步的调查不难看出，LD市场的下降主要是与光通信相关的产品。从表3中可以看到，与通信直接相关的LD产品销售额在2000年突破到50.5亿美元之后，到2002年下降到6.65亿美元，几乎下降了8倍。尽管如此，用于光通信的LD市场并不是一片漆黑，目前在快速通信方面传输速度已达到40Gbit/s以上，与此相关的产品是通信市场的亮点。用于光通信的LD功率通常在100mW以下，发射波长主要着重于1330-1550nm。表3列出与通信有关的LD产品销售额作为其他应用的LD受信息市场泡沫效应年份19992000200120022003销量(百万单元)2.15.45.51.82.5销售额(亿美元)21.850.525.26.78.8的影响并不太大，这方面的市场相对较为稳定，而且，随着科技人员和产业界的多方努力，非通信应用方面的LD市场逐步得到扩展，其主要应用领域依销售额大小依次为：光存储、泵浦源(主要作为高电能转换效率和小体积的固体激光器中取代灯的光源)、医疗、图象记录、娱乐、条码扫描、检测与控制、敏感、材料处理、科研和教育等。以LD为关键单元的光存储设备虽然可用于光通信中的数据存取，但它更广阔的天地在于千家万户和公司商家选用的设备：如CD-AUDIO/VIDEO/ROM/RAM/PLAYER，CD-RW和DVD-RW等。该市场既庞大又有相当大的发展势头。从表4可见，该类产品年销售量未受到任何信息泡沫的影响，2003年销售额达到16亿美元已超过2000年11亿美元的45%，而且，预计2004年会有更多的跃升。该类LD的发射波长主要集中在750-980nm，发射功率较低，一般在100mW以下。然而，发展短波长LD的光存储已努力多年，其市场价值将会逐步显现出来。年份19992000200120022003销量(亿件)3.03.53.64.84.9销售额(亿美元)7.011.07.714.016.0用作固体激光器的泵浦光源(DPSSLS)的市场列于表5。LD泵浦的固体激光器具有体积小、电能转换效率高和光束质量高等优点，但是，价格仍然太高，所以它的应用范围仍受到限制,目前主要用于对体积转换效率和光束质量要求较高的项目。一旦泵浦用LD价格下跌明显，这方面的LD市场潜力很大，年份19992000200120022003销量(千单元)51.871.488.8122.81144.1销售额(百万美元)53.685.0100.0118.6135.1几乎绝大多数的固体激光器都可以用LD作泵浦源。该方面的LD参数要求每单元光功率5-20W或更高，运转波长在750-980nm范围，.该类LD常与光纤一起使用，通过光纤进行耦合。目前，在军用，尤其是在美国反恐战争中装备武器的激光设备要求可在55-70°C的环境中使用，并且，选用高高功率的脉冲LD。激光医疗方面的市场包含了所有眼科(含折射外科和光凝结)，普通外科，激光治疗，整美容等项目。激光除毛(不归为美容方面)使用了由50W的LD条块组成的千瓦激光装置。由于美国FDA仍未批准该机在国内使用，故该机是销往美国之外的市场。然而，进一步的实验表明，该机的LD可能被非激光光源所取代。激光眼科方面的市场相对比较稳定，因为激光眼科医疗效果看来不错，既快又无明显副作用。LD在娱乐方面的市场包含了显示，激光教鞭(LaserPointer),全息显示投影,条码扫描,测量水平仪和瞄准仪等项目。几乎世界市场上的教鞭均在中国生产,至少在中国封装。尽管有报道称这类产品销售量近年来正在跳水,但实际的年产量均达到4千万只(单元)。当然,由于单元价格在下降,年销售额为2千5百万美元。激光水平仪和瞄准仪方面的年销售额达8百万美元。在图像记录方面的市场则包含了印刷,色彩分离器,CT和雷达等设备中的输出设备。在印刷业(CTP)方面使用的LD为1W的列阵，其市场在2002年有明显增长，达到410万，年销售额达到2千9百万美元。其中，紫外(UV)LD在印刷业市场中正被看好，成为LD市场的一个新亮点。表6中所列的其他方面主要是指航天、航空、军用、测距、卫星、局域网络等方面的市场。此外，LD在下述各应用领域也有市场，如铂焊，塑料焊接，热处理和焊接等等。值得指出的是下述各方面的LD市场正在扩展之中，如垂直面辐射(VCSELS)LD在光电控制，鼠标笔和光学编码等方面，脉冲高功率LD在机器人产业、测试仪器和测距仪等方面。3.非LD据LaserFocusWorld杂志报道中所预期，2004年非LD市场的最大项目仍然是材料处理，年销售额可达到13亿美元左右，比2003年增加近1亿美元，第一应用大户为医疗方面，约为4亿美元，它和其余项目(依年销售额排列)为科学研究、仪器制造、图像记录、敏感探测、娱乐、监测、条码扫描、光学存储等的预期销售额与2003年相差无几。就非LD的品种方面统计资料分析，近年来仍以灯泵浦的激光器为主流，2004年预期销售额近6.1亿美元。激光同行们明白，采用LD泵浦的固体激光器的主要优点是电能--激光的转换效率可高达20%-40%,而灯泵的固体激光的效率要低一个数量级以上，该特点所带来的一系列好处实在诱人，这些优点是：散热问题大大减少，电源变得十分简单，体积大为缩小、激光束的光学质量可大为提高...