光子學(xué)產(chǎn)業(yè)的六個(gè)重要細(xì)分市場(chǎng)的發(fā)展情況分析

光子學(xué)是研究并利用光子特性的一個(gè)物理學(xué)分支，因此，光子學(xué)市場(chǎng)由眾多基于光技術(shù)的獨(dú)立但相關(guān)的市場(chǎng)組成。光子學(xué)市場(chǎng)規(guī)模龐大且不斷增長(zhǎng)，整體市場(chǎng)規(guī)模到2023年預(yù)計(jì)將接近8000億美元。其市場(chǎng)成功的原因在于，基于光的技術(shù)在現(xiàn)代生活中的方方面面都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，例如電信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、醫(yī)療診斷、自動(dòng)駕駛、綠色能源、農(nóng)業(yè)以及工業(yè)等。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)介紹，光子學(xué)市場(chǎng)從整體上來(lái)看，激光器、探測(cè)器、傳感器和成像器件細(xì)分市場(chǎng)預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)的增長(zhǎng)率最高。本文將關(guān)注光子學(xué)產(chǎn)業(yè)的六個(gè)重要細(xì)分市場(chǎng)，分別探究其中短期內(nèi)的驅(qū)動(dòng)因素、增長(zhǎng)和機(jī)遇。

光子集成電路（PIC）

光子集成電路（PIC）涉及的材料眾多，包括硅（Si）、磷化銦（InP）、二氧化硅（SiO2）、鈮酸鋰（LinBo3）、氮化硅（SiN）、聚合物或玻璃，并且需要依托定制的制造工藝平臺(tái)。與傳統(tǒng)光學(xué)器件相比，PIC的優(yōu)勢(shì)包括：尺寸更小的光學(xué)芯片、更高的數(shù)據(jù)速率、更低的功耗、更低的比特?cái)?shù)據(jù)成本和更高的可靠性，推動(dòng)了其蓬勃發(fā)展。PIC的最大需求市場(chǎng)來(lái)自通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（或稱(chēng)DCI），以及即將推出的5G無(wú)線技術(shù)、汽車(chē)或醫(yī)療傳感器等新應(yīng)用。從材料來(lái)看，InP是最常用的材料，但Si增長(zhǎng)更快。

基于InP的光子集成電路應(yīng)用縱覽

資料來(lái)源：《磷化銦晶圓和外延片市場(chǎng)-光子和射頻應(yīng)用》

基于PIC的收發(fā)器主要材料為硅光子和InP，整體市場(chǎng)規(guī)模將從2018年約40億美元增長(zhǎng)到2024年的190億美元，出貨量從3000萬(wàn)個(gè)增長(zhǎng)到約1.6億個(gè)。其中，硅光子市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率最高，達(dá)44.5%，將從2018年的約4.55億美元（相當(dāng)于130萬(wàn)個(gè)）增長(zhǎng)到2024年的約40億美元（相當(dāng)于2350萬(wàn)個(gè)）。

PIC市場(chǎng)的主要廠商包括：Finisar、TE Connectivity、Hewlett-Packard、Neophotonics、Luxtera、Avago Technologies、JDS Uniphase、Alcatel-Lucent、Intel、Infinera和Agilent等。2018年，Lumentum以約18億美元收購(gòu)了Oclaro。這兩家行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的專(zhuān)業(yè)技術(shù)積累，預(yù)計(jì)將為光纖組件、高速通信模塊和3D傳感市場(chǎng)帶來(lái)一位更全能的競(jìng)爭(zhēng)者。

光子集成電路（PIC）材料體系總覽

資料來(lái)源：《硅光子和光子集成電路技術(shù)和市場(chǎng)-2019版》

激光二極管

激光二極管是直接將電能轉(zhuǎn)換為光的半導(dǎo)體器件。由于激光二極管在工作中，電子的能量轉(zhuǎn)變過(guò)程只涉及兩個(gè)能階，沒(méi)有間接帶隙造成的能量損失，所以效率相對(duì)高。除了效率高，激光二極管還具有體積小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品單價(jià)低于1美元。目前，激光二極管類(lèi)型主要有單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW），市場(chǎng)上的產(chǎn)品能提供從紫外光到長(zhǎng)波紅外光的各種波長(zhǎng)：中心波長(zhǎng)由器件結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體材料決定。

激光二極管應(yīng)用包括工業(yè)切割和焊接、光纖通信、激光指示器、光學(xué)讀取/記錄設(shè)備、激光打印機(jī)、增材制造、激光掃描、醫(yī)療、測(cè)距、汽車(chē)前燈以及包括激光雷達(dá)（LiDAR）在內(nèi)的自動(dòng)駕駛應(yīng)用等。工業(yè)應(yīng)用是激光二極管的主要市場(chǎng)。盡管激光系統(tǒng)早在制造業(yè)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)控制之前就已經(jīng)在工廠中運(yùn)行，現(xiàn)在，激光器已經(jīng)成為互聯(lián)制造或工業(yè)4.0的核心。

激光二極管領(lǐng)域的主要競(jìng)爭(zhēng)廠商包括：Coherent、IPG Photonics、Eagleyard、Osram、Trumpf、Jenoptik、Toptica、Trioptics、Hamamatsu、Laser Components和Lumics等。

激光二極管市場(chǎng)預(yù)測(cè)：2029年全球激光二極管市場(chǎng)將增長(zhǎng)到約120億美元

資料來(lái)源：《激光二極管和直接二極管激光器-2019版》

光子傳感器

光子傳感器是將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。它們被廣泛用于激光雷達(dá)、雷達(dá)、激光誘導(dǎo)熒光、量熱法、閃爍檢測(cè)、光譜學(xué)、生物熒光檢測(cè)、太陽(yáng)能和風(fēng)能、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、機(jī)器視覺(jué)、光網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療診斷和自動(dòng)化制造等領(lǐng)域。

隨著“工業(yè)4.0”和智能制造的提出和發(fā)展，對(duì)互聯(lián)、人工智能（AI）和速度的需求，使光子傳感器的應(yīng)用激增。Hamamatsu Photonics看到了這一領(lǐng)域的機(jī)遇，并正在建設(shè)一座新工廠，以滿足其光電半導(dǎo)體模塊產(chǎn)品不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。

光子傳感器市場(chǎng)的主要廠商包括：Hamamatsu、Omron、STmicroelectronics、ON Semiconductor、Samsung、Sony、Keyence、Pepperl + Fuchs以及Laser Components和Prime Photonics等。預(yù)計(jì)，光子傳感器市場(chǎng)將以14%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

無(wú)損檢測(cè)

根據(jù)美國(guó)無(wú)損檢測(cè)協(xié)會(huì)的定義，無(wú)損檢測(cè)是在不破壞部件或系統(tǒng)使用的前提下，檢測(cè)或評(píng)估材料、組件的不連續(xù)性或特性差異的過(guò)程。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，2017年無(wú)損檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為23.8億美元，預(yù)計(jì)到2025年將增長(zhǎng)至47.2億美元，2017年~2025年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為9.0%。

無(wú)損檢測(cè)市場(chǎng)的挑戰(zhàn)包括缺乏熟練的專(zhuān)業(yè)人員，以及自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備的高成本。另一方面，新興經(jīng)濟(jì)體的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展以及對(duì)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用，為無(wú)損檢測(cè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的增長(zhǎng)機(jī)遇。

無(wú)損檢測(cè)已廣泛用于各個(gè)行業(yè)，包括汽車(chē)運(yùn)輸以及能源和電力等。由于全球汽車(chē)需求和生產(chǎn)的增長(zhǎng)，2017年~2025年期間，預(yù)計(jì)汽車(chē)和運(yùn)輸應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)市場(chǎng)復(fù)合年增長(zhǎng)率最高，可達(dá)10.6%。能源和電力應(yīng)用占2017年無(wú)損檢測(cè)總市場(chǎng)份額的近三分之一，并將在2025年保持其領(lǐng)導(dǎo)地位，主要是因?yàn)榘l(fā)電廠及相關(guān)測(cè)試設(shè)備的數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)。無(wú)損檢測(cè)也被用于可再生能源領(lǐng)域，這是一個(gè)機(jī)遇豐富的新領(lǐng)域。

無(wú)損檢測(cè)市場(chǎng)的主要廠商包括：Olympus Corporation、Intertek Group Plc、SGS SA、Teledyne Dalsa、Ashtead Technology、General Electric、Sonatest、Zetec、YXLON International、Mistras Group和Magnaflux Corporation等。

腦成像

隨著腦損傷和腦癌發(fā)病率的上升，人口老齡化面臨的阿爾茨海默癥風(fēng)險(xiǎn)提高，以及對(duì)人類(lèi)認(rèn)知功能和人類(lèi)行為的研究關(guān)注，對(duì)腦成像的需求也在持續(xù)增長(zhǎng)。與腦成像需求增長(zhǎng)相一致的是圖像技術(shù)的迅速發(fā)展。到2029年底，腦成像系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到70億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率約為7%。

功能性磁共振成像（fMRI）、功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIR）和正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET）是腦成像市場(chǎng)的領(lǐng)先光學(xué)技術(shù)。fMRI利用血氧水平依賴(lài)（BOLD）對(duì)比，反映出腦組織局部活動(dòng)功能。PET通過(guò)注射放射性同位素，參與人體的代謝過(guò)程，放射性同位素在體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子，被探測(cè)器探測(cè)到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖象。fNIR與fMRI一樣，也是一種依賴(lài)BOLD對(duì)比的成像方法。不過(guò)，它比f(wàn)MRI成本更低，更便攜，但在測(cè)量皮質(zhì)活動(dòng)的深度方面受到限制。

腦成像系統(tǒng)被用于診斷和外科手術(shù)。MRI引導(dǎo)的神經(jīng)外科消融技術(shù)可用于深部腦刺激，以及腫瘤和病變的激光消融治療。預(yù)計(jì)該市場(chǎng)到2026年期間將以4.5%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，市場(chǎng)總規(guī)模達(dá)到56億美元。

腦成像系統(tǒng)市場(chǎng)的主要廠商包括：Koninklijke Philips N.V.、General Electric、Canon Medical Systems Corporation、EB Neuro S.p.A.、MinFound Medical Systems、Neurosoft、Medtronic、Nihon Kohden、Hitachi Medical、Elekta和Siemens AG等。

夜視

夜視主要用于安防監(jiān)控、軍事、汽車(chē)、個(gè)人視覺(jué)系統(tǒng)（PVS）和消防等。使用的技術(shù)包括熱成像、圖像增強(qiáng)以及傳感器融合技術(shù)。圖像增強(qiáng)提高了從近紅外到長(zhǎng)波紅外波段的可見(jiàn)度。傳感器融合技術(shù)生成圖像的電子格式，傳輸?shù)街醒胂到y(tǒng)進(jìn)行信息收集和識(shí)別。

隨著易用性的提高和成本的降低，夜視也被用于許多消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用，例如家庭安全和監(jiān)控系統(tǒng)，戶外活動(dòng)以及夜間攝影等。戶外消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用市場(chǎng)形勢(shì)喜人，也是全球紅外市場(chǎng)的重要貢獻(xiàn)者。個(gè)人視覺(jué)系統(tǒng)主要包括便攜式雙目夜視鏡、單目夜視鏡和瞄準(zhǔn)器，它們被廣泛用于邊界巡邏、執(zhí)法，以及日益增長(zhǎng)的戶外消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用，例如山地運(yùn)動(dòng)和狩獵等。

根據(jù)Yole近期發(fā)布的《非制冷紅外成像儀和探測(cè)器技術(shù)及市場(chǎng)趨勢(shì)-2019版》報(bào)告，受迅速擴(kuò)張的商用市場(chǎng)推動(dòng)，非制冷紅外成像儀預(yù)計(jì)在2018~2024年期間出貨量的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）可達(dá)15.8%。

該市場(chǎng)的主要廠商包括FLIR systems、Lynred、SEEK Thermal、Excelitas、Nicera、Murata、Melexis以及Heimann等。