激光二極管繼續(xù)光芒四射
2004年6月A版
激光二極管(LD)在20世紀(jì)90年代的主要市場是光纖通信的光源和數(shù)據(jù)存儲的光讀寫頭,高級的光纖寬帶光源模塊售價(jià)達(dá)1千美元,而CD盤只讀光頭售價(jià)只10美元。隨著全球光纖網(wǎng)絡(luò)的全面鋪開,加上網(wǎng)絡(luò)資訊股市炒作的推波助瀾,寬帶激光光源供不應(yīng)求,激光二極管市場空前繁榮。1999年激光二極管全球銷售額只30億美元,2000年猛漲到66億美元,達(dá)到空前的最高點(diǎn),但好景不長,隨著網(wǎng)絡(luò)股市泡沫的蒸發(fā),激光二極管2001年的全球銷售額一落千丈,慘跌到28.5億美元,跌幅達(dá)到57%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全球半導(dǎo)體市場的24%平均負(fù)增長率。激光二極管市場2002年繼續(xù)下瀉,年銷售額再跌到24億美元,跌幅約16%,至此,激光二極管的拳頭產(chǎn)品不再是通信用產(chǎn)品,而轉(zhuǎn)為光存儲用產(chǎn)品。電腦用只讀DVD驅(qū)動器、DVD刻讀機(jī)和播放機(jī)市場的開拓,使激光二極管市場探底后在2003年終于止跌回升,全球銷售額增長到31億美元,增幅為18%。激光二極管業(yè)總算走出陰影,年銷售額恢復(fù)到1999年的水平,所謂“進(jìn)一步退兩步”,至于重攀2000年的最高點(diǎn),恐怕再要努力四年左右。
激光二極管的全球市場
自2000年激光二極管業(yè)在光纖通信器件的帶動下創(chuàng)造市場最高點(diǎn),在全球銷售額66億美元中就有50億美元,相當(dāng)占有率是75%,隨著2001和2002年激光二極管市場的連續(xù)下挫,光纖通信器件亦大幅度收縮,分別減小到17.2億和6.65億美元,占有率分別只有60%和28%。數(shù)字表明,激光通信器件不再是激光二極管市場的拳頭產(chǎn)品,光數(shù)字存儲器件開始走俏,激光二極管市場結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,各類DVD讀寫頭和CD讀寫頭使用的激光二極管變成主流產(chǎn)品,走向更大眾化的市場而擺脫困境。如果激光二極管業(yè)沒有及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品市場結(jié)構(gòu),等待光纖通信市場的復(fù)蘇再次啟動激光通信器件,則業(yè)界的損失更為慘重。2002年2003年激光二極管的市場動向如表1所示,2003年的市場分類見圖1(左)。
根據(jù)市場分析公司Strategies Unlimited的預(yù)測,2004年全球激光二極管市場將達(dá)到34億美元,比2003年增長10%,恢復(fù)到1996至2003年期間內(nèi)的年平均增長率10%的歷史水平。以下按圖1的市場分類對各類應(yīng)用作一說明:
數(shù)字存儲——數(shù)字存儲用的激光器件從2002年開始在銷售額超過光纖通用的激光器件,而且占有率達(dá)到60%左右,這是由于DVD市場興旺帶來的機(jī)遇。具體數(shù)字是這類器件銷售額從14.2億美元以增幅31%達(dá)到18.60億美元,其中780nm波長的激光器件仍然占有最大份額,銷售額為10.5億美元,因?yàn)镃D驅(qū)動器市場最普及,650nm波長的激光器銷售額為8.1億美元,這類激光器件單價(jià)較高,雖然DVD播放機(jī)價(jià)格下跌,但是PC用的DVD刻錄機(jī)驅(qū)動器銷售量猛增,使數(shù)字存儲類激光二極管保持快速增長。預(yù)測2004年影視用DVD播放機(jī)和PC用DVD刻錄機(jī)仍有很大成長空間,加上更短波長405nm藍(lán)光激光二極管開發(fā)成功,使DVD向更高密度的HD-DVD發(fā)展,405nm波長的激光器件和HD-DVD將會陸續(xù)從2005年面市。2004年780nm波長的激光器件會保持10.5億美元銷售額,而650nm波長的激光器件會達(dá)到9.5億美元,到2005年之后,650nm波長的激光器件銷售將超過780nm波長的激光器件。
光纖通信—光纖通信類的激光二極管在2003年的銷售額略有回升,但是占有率繼續(xù)下降,保持25%的分額,這種情況正好反映“黑”的光纖逐漸“亮”起來。全球還有40多家激光器件供應(yīng)商生產(chǎn)光纖通信用的激光光源和放大器,激光二極管光源在2003年的銷售有所增加,作為光放大器泵源的激光二極管(波長980nm和1480nm)銷售額超過1億美元,業(yè)界還在打折扣推銷,這種情況可望在2004年得到改善。光纖通信的局域網(wǎng)和存儲局域網(wǎng)(SAN)用的激光收發(fā)器(波長850nm和1310nm)銷售主要受企業(yè)節(jié)約開支的影響,它們的銷售回溫顯然要比光纖廣域網(wǎng)和城際網(wǎng)用的激光器件回溫來得早。
固態(tài)激光二極管原浦(SSLP)—作為激光二極管的大功率應(yīng)用,受經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響較少,2003年還有7%的增長,銷售額1.24億美元,預(yù)測2004年增長率將有14%。
激光印刷—激光二極管作為曝光光源已從830nm的激光陣列發(fā)展到紫外光的40mW單管,使曝光時(shí)間更快和分辨率更高,2003年銷售額是0.62億美元,占總銷售額的2%。預(yù)計(jì)2004年增長率達(dá)到7%。
醫(yī)療應(yīng)用—這是近年發(fā)展較快的應(yīng)用領(lǐng)域,主要作為檢查用光纖光源和可持式醫(yī)療儀,例如2003年激光脫毛器暢銷,醫(yī)用激光二極管2003年的銷售額與激光印刷情況相同。
激光二極管進(jìn)入藍(lán)光
從20世紀(jì)80年代問世的CD光盤,一直使用波長780nm的紅光激光二極管,90年代后期出現(xiàn)容量更大和傳輸速度更高的DVD光盤,使用波長較短的650nm紅光激光二極管,21世紀(jì)10年代初波長405nm的藍(lán)光激光二極管取得批量生產(chǎn)的突破,高分辨率DVD開始進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲市場。HD-DVD光盤的問世,將在影視數(shù)據(jù)記錄媒體市場占有更大份額,加上在電腦數(shù)據(jù)記錄的應(yīng)用,激光二極管業(yè)必然有更大的發(fā)展。
藍(lán)光激光二極管的波長處在390至490nm之間,應(yīng)用范圍很廣泛,除數(shù)據(jù)存儲之外,包括印刷、醫(yī)療、儀器等都有使用價(jià)值,它是高分辨率DVD的最重要光電元件,但研發(fā)和生產(chǎn)工藝遇到的困難也比紅光激光二極管要多。首先是紅光器件的Ⅲ-Ⅴ族GaAs材料不適用,直至美國3M公司在1991年成功地用Ⅱ-Ⅵ族ZnSe材料制成藍(lán)光激光二極管,波長490nm的實(shí)驗(yàn)樣品需用高電壓驅(qū)動,壽命又短,加上ZnSe晶體比較脆弱,無法轉(zhuǎn)化成批量生產(chǎn)的藍(lán)光器件。1995年日本日亞化學(xué)公司從GaN材料著手制成真正可用的藍(lán)光激光二極管,直至今天,日亞化學(xué)仍然擁有最多的藍(lán)光器件的專利,從此激光二極管業(yè)打開藍(lán)光器件之門,GaN材料也不斷取得新進(jìn)展,主要表現(xiàn)如下:
霸詮饈©據(jù)存儲使用最多的藍(lán)光激光二極管是GaN器件,SHG藍(lán)光激光二極管多用在激光印刷、醫(yī)療儀器等應(yīng)用領(lǐng)域。
m光盤刻錄50G的數(shù)據(jù),只有采用藍(lán)光激光二極管作為讀寫光源(目前EVD暫用紅光)。因此,光數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用將有更大的發(fā)展空間。
波長劃分激光二極管市場
波長劃分激光二極管市場是另一種統(tǒng)計(jì)方法,Strategies Unlimited提供的數(shù)據(jù)如圖1(右)所示。從圖中可見:
750-980nm波段占有率為44%,其中38%是AlGaAs/GaAs材料制成的輸出功率<100mW的器件,主要用在各類CD光盤驅(qū)動器作為激光光頭。輸出功率100mW-10W和10W以上的器件各占3%,前者用作中功率固態(tài)激光器的泵浦源,后者用作大功率固態(tài)激光器的泵浦源,固態(tài)激光器的應(yīng)用是很廣泛的,包括材料加工、醫(yī)學(xué)治療儀、數(shù)字印刷、激光照明光源、舞臺燈光等。700nm以下波段占有率為29%,波長650nm的以GaAs材料為基礎(chǔ)的紅光激光二極管是各類DVD光數(shù)據(jù)存儲的光源,波長405nm的以GaN材料為基礎(chǔ)的藍(lán)光激光二極管是各類HD-DVD光數(shù)據(jù)存儲的光源。在390-670nm波段輸出功率100mW以上的激光二極管還用于激光打印、固態(tài)激光器泵浦源和醫(yī)療儀器。980-1500nm波段占有率為25%,主要是AlGaInAs材料和InGaAsP材料的器件,100mW級的用于短距離光纖通信,1W級以上的用于長距離光纖通信。其中VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)由于共振腔短和側(cè)面發(fā)射的光束呈圓形對稱,容易與光纖耦合,波長1500nm以下的產(chǎn)品陸續(xù)面市,由于性價(jià)比較高,可在各種局域網(wǎng)作為1-10Gb數(shù)據(jù)傳輸光源。
堆疊激光二極管占有率為2%,多個(gè)激光二極管堆疊可構(gòu)成大功率激光源,制作方法之一是使用帶狀結(jié)構(gòu)制成多模態(tài)激光二極管,再集成單個(gè)大功率激光源,制作方法之一是多個(gè)激光二極管構(gòu)成陣列,各輸出經(jīng)光纖耦合形成單光束輸出,獲得10W以上的輸出功率。
結(jié)語
2004年是激光二極管市場的真正轉(zhuǎn)折點(diǎn),重新進(jìn)入另一輪增長周期,重要標(biāo)志是光數(shù)據(jù)存儲興旺,藍(lán)光器件批量生產(chǎn)促進(jìn)HD-DVD的實(shí)現(xiàn),激光二極管市場有如它的光譜那樣繼續(xù)光茫四射?!?李儀)
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