光子學產(chǎn)業(yè)的六個重要細分市場的發(fā)展情況分析

光子學是研究并利用光子特性的一個物理學分支，因此，光子學市場由眾多基于光技術(shù)的獨立但相關(guān)的市場組成。光子學市場規(guī)模龐大且不斷增長，整體市場規(guī)模到2023年預計將接近8000億美元。其市場成功的原因在于，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、醫(yī)療診斷、自動駕駛、綠色能源、農(nóng)業(yè)以及工業(yè)等。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，光子學市場從整體上來看，激光器、探測器、傳感器和成像器件細分市場預計在未來幾年內(nèi)的增長率最高。本文將關(guān)注光子學產(chǎn)業(yè)的六個重要細分市場，分別探究其中短期內(nèi)的驅(qū)動因素、增長和機遇。

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。與傳統(tǒng)光學器件相比，PIC的優(yōu)勢包括：尺寸更小的光學芯片、更高的數(shù)據(jù)速率、更低的功耗、更低的比特數(shù)據(jù)成本和更高的可靠性，推動了其蓬勃發(fā)展。PIC的最大需求市場來自通信網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（或稱DCI），以及即將推出的5G無線技術(shù)、汽車或醫(yī)療傳感器等新應用。從材料來看，InP是最常用的材料，但Si增長更快。

基于InP的光子集成電路應用縱覽

資料來源：《磷化銦晶圓和外延片市場-光子和射頻應用》

基于PIC的收發(fā)器主要材料為硅光子和InP，整體市場規(guī)模將從2018年約40億美元增長到2024年的190億美元，出貨量從3000萬個增長到約1.6億個。其中，硅光子市場的復合年增長率最高，達44.5%，將從2018年的約4.55億美元（相當于130萬個）增長到2024年的約40億美元（相當于2350萬個）。

PIC市場的主要廠商包括：Finisar、TE Connectivity、Hewlett-Packard、Neophotonics、Luxtera、Avago Technologies、JDS Uniphase、Alcatel-Lucent、Intel、Infinera和Agilent等。2018年，Lumentum以約18億美元收購了Oclaro。這兩家行業(yè)領(lǐng)導者的專業(yè)技術(shù)積累，預計將為光纖組件、高速通信模塊和3D傳感市場帶來一位更全能的競爭者。

光子集成電路（PIC）材料體系總覽

資料來源：《硅光子和光子集成電路技術(shù)和市場-2019版》

激光二極管

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

激光二極管應用包括工業(yè)切割和焊接、光纖通信、激光指示器、光學讀取/記錄設備、激光打印機、增材制造、激光掃描、醫(yī)療、測距、汽車前燈以及包括激光雷達（LiDAR）在內(nèi)的自動駕駛應用等。工業(yè)應用是激光二極管的主要市場。盡管激光系統(tǒng)早在制造業(yè)實現(xiàn)互聯(lián)控制之前就已經(jīng)在工廠中運行，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)域的主要競爭廠商包括：Coherent、IPG Photonics、Eagleyard、Osram、Trumpf、Jenoptik、Toptica、Trioptics、Hamamatsu、Laser Components和Lumics等。

激光二極管市場預測：2029年全球激光二極管市場將增長到約120億美元

資料來源：《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)換為電信號的器件。它們被廣泛用于激光雷達、雷達、激光誘導熒光、量熱法、閃爍檢測、光譜學、生物熒光檢測、太陽能和風能、自動駕駛汽車、機器視覺、光網(wǎng)絡、醫(yī)療診斷和自動化制造等領(lǐng)域。

隨著“工業(yè)4.0”和智能制造的提出和發(fā)展，對互聯(lián)、人工智能（AI）和速度的需求，使光子傳感器的應用激增。Hamamatsu Photonics看到了這一領(lǐng)域的機遇，并正在建設一座新工廠，以滿足其光電半導體模塊產(chǎn)品不斷增長的市場需求。

光子傳感器市場的主要廠商包括：Hamamatsu、Omron、STmicroelectronics、ON Semiconductor、Samsung、Sony、Keyence、Pepperl + Fuchs以及Laser Components和Prime Photonics等。預計，光子傳感器市場將以14%的復合年增長率增長。

無損檢測

根據(jù)美國無損檢測協(xié)會的定義，無損檢測是在不破壞部件或系統(tǒng)使用的前提下，檢測或評估材料、組件的不連續(xù)性或特性差異的過程。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，2017年無損檢測設備市場規(guī)模為23.8億美元，預計到2025年將增長至47.2億美元，2017年~2025年期間的復合年增長率（CAGR）為9.0%。

無損檢測市場的挑戰(zhàn)包括缺乏熟練的專業(yè)人員，以及自動化測試設備的高成本。另一方面，新興經(jīng)濟體的基礎設施發(fā)展以及對無損檢測設備的應用，為無損檢測產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的增長機遇。

無損檢測已廣泛用于各個行業(yè)，包括汽車運輸以及能源和電力等。由于全球汽車需求和生產(chǎn)的增長，2017年~2025年期間，預計汽車和運輸應用的無損檢測市場復合年增長率最高，可達10.6%。能源和電力應用占2017年無損檢測總市場份額的近三分之一，并將在2025年保持其領(lǐng)導地位，主要是因為發(fā)電廠及相關(guān)測試設備的數(shù)量持續(xù)增長。無損檢測也被用于可再生能源領(lǐng)域，這是一個機遇豐富的新領(lǐng)域。

無損檢測市場的主要廠商包括：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險提高，以及對人類認知功能和人類行為的研究關(guān)注，對腦成像的需求也在持續(xù)增長。與腦成像需求增長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)市場規(guī)模預計將達到70億美元，復合年增長率約為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)射型計算機斷層顯像（PET）是腦成像市場的領(lǐng)先光學技術(shù)。fMRI利用血氧水平依賴（BOLD）對比，反映出腦組織局部活動功能。PET通過注射放射性同位素，參與人體的代謝過程，放射性同位素在體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖象。fNIR與fMRI一樣，也是一種依賴BOLD對比的成像方法。不過，它比fMRI成本更低，更便攜，但在測量皮質(zhì)活動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。預計該市場到2026年期間將以4.5%的復合年增長率增長，市場總規(guī)模達到56億美元。

腦成像系統(tǒng)市場的主要廠商包括：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、個人視覺系統(tǒng)（PVS）和消防等。使用的技術(shù)包括熱成像、圖像增強以及傳感器融合技術(shù)。圖像增強提高了從近紅外到長波紅外波段的可見度。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)進行信息收集和識別。

隨著易用性的提高和成本的降低，夜視也被用于許多消費類應用，例如家庭安全和監(jiān)控系統(tǒng)，戶外活動以及夜間攝影等。戶外消費類應用市場形勢喜人，也是全球紅外市場的重要貢獻者。個人視覺系統(tǒng)主要包括便攜式雙目夜視鏡、單目夜視鏡和瞄準器，它們被廣泛用于邊界巡邏、執(zhí)法，以及日益增長的戶外消費類應用，例如山地運動和狩獵等。

根據(jù)Yole近期發(fā)布的《非制冷紅外成像儀和探測器技術(shù)及市場趨勢-2019版》報告，受迅速擴張的商用市場推動，非制冷紅外成像儀預計在2018~2024年期間出貨量的復合年增長率（CAGR）可達15.8%。

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