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激光二极管的光明前景

      材料来源:化合物半导体

Rebecca Pool 报告说,过去几十年中,激光二极管市场从数百万美元增长到数十亿美元,但 Yole Développement 认为还有更大的增长潜力。


Yole Développement 在其最近的网络广播中预测,到 2026 年,激光二极管市场将增长一倍以上,超过 90 亿美元,“从传统技术到创新,激光二极管市场正在爆炸式增长”。作为令人印象深刻的增长的一部分,这家法国分析公司的照明技术和市场分析师 Martin Vallo 强调了光通信和 3D 传感应用将如何在未来多年主导市场增长。

 

自20世纪9年代的数据通信和电信业繁荣以来,越来越多的器件已用于材料加工应用。在过去十年中,激光二极管的收入主要由传感应用驱动。然而,由于光通信和 3D 传感市场的蓬勃发展,以及医疗激光系统的近期增长,预计2020年至2026年,激光二极管市场的总体规模将从41亿美元增长至92亿美元,复合年增长率为14.4%。

激光二极管基于两种半导体技术之一,即边缘发射激光器或 VCSEL,每种技术的市场都很活跃。根据 Vallo 的说法,从 2020 年到 2026 年,边缘发射激光器的收入将从 29 亿美元增加到 66 亿美元,2020 年到 2026 年的复合年增长率为 15%。与此同时,VCSEL 的收入将从 12 亿美元增加到 26 亿美元,复合年增长率为 14%。

 

技术选择

 

在器件技术的选择方面,VCSEL 往往比边缘发射激光器便宜,但并不适合所有应用。例如,边缘发射激光器将用于高功率应用,其中高密度 VCSEL 阵列不能用于相同的功率输出。

 

每种类型的器件都将在 GaAs 或 InP 晶片上制造。用于数据通信应用的近红外 850 nm VCSEL 和用于 3D 传感的 940 nm VCSEL 都是在 6 英寸 GaAs 晶片上制造的。同时,1500 nm 短波 IR VCSEL 通常基于 2 至 3 英寸 InP 晶圆。同样,边缘发射激光器将在 GaAs 晶片上制造,用于较低波长的应用,但在 1300nm 和更高波长时,将基于 InP。

 

毫无疑问,光通信仍在推动边缘发射激光器市场的收入增长,预计从 2020 年到 2026 年,仅这一市场部门的收入将从 17 亿美元增加到 47 亿美元,复合年增长率为 18%。在此过程中,传感和医疗应用也将为显著的市场增长做出贡献。

 

同时,对于 VCSEL,手机和其他消费设备中的 3D 传感将主导增长,该市场从 2020 年到 2026 年从 7.97 亿美元增长到 19 亿美元,复合年增长率为 16.9%。然而,VCSEL 也在向汽车 3D 传感器应用进军,如激光雷达和车内监控系统,这个小市场将以 121.9% 的复合年增长率从 2020 年的 110 万美元增长到 2026 年的 5700 万美元。在此过程中,电信和基础设施市场对 VCSEL 仍然很重要,Yole预计复合年增长率将从4.3亿美元增长至5.66亿美元,增幅为5.6%。

 

增长动力

 

但究竟是什么原因导致了激光二极管的美好未来?正如 Vallo 指出的那样,光通信的增长是由以数据为中心的应用程序推动的,例如来自 Apple 和 Facebook 等公司的云服务、来自 Netflix、Disney+ 等公司的更高清 4k 和 8k 视频流,以及不断增长的工业自动化流量.

 

随着云运营商竞相连接越来越多的数据中心以跟上全球 IP 流量的大幅增长,从 400 G 及更高速度向更高速光通信的迁移仍在继续。这意味着边缘发射激光器和 VCSEL 的制造量现在都在稳步上升,这对主导激光二极管市场的美国 II-VI 和 Lumentum 来说是个好消息。

 

iphone13:Apple 智能手机中的 TrueDepth 摄像头系统使用 VCSEL 进行 3D 感应面容 ID。 [苹果]

 

除了光通信,3D 传感为 VCSEL 以及边缘发射激光器提供了巨大的前景。正如 Vallo 所强调的那样:“智能手机和平板电脑在当今的 3D 传感市场中占据主导地位……移动市场是迄今为止 VCSEL 的主要市场。”

 

“虽然基于 VCSEL 的接近传感器现在被 OEM 广泛使用,但苹果几乎是唯一一家在 2021 年在其智能手机中实施 3D 传感模块的公司,”他补充道。 “预计苹果将继续使用此类模块并推动使用增强现实的新应用程序......如果消费者接受这个用例,我们预计其他玩家将来可能会实施此类模块。”

 

大量传感器

 

除了消费和移动应用之外,汽车制造商正在将越来越多的传感器集成到车辆中。Vallo指出宝马如何在其手势识别系统中使用 VCSEL,现在预计未来需要高精度传感的驾驶员监控系统将基于 VCSEL。

 

不过,分析师还预计汽车激光雷达将成为激光二极管的主要市场,尤其是 VCSEL。边缘发射激光器和 VCSEL 都已集成到用于安全和自动驾驶系统的远程和中程激光雷达模块中。VCSEL也被用于近程激光雷达的自动驾驶。

 

今年,欧司朗推出了一种用于边缘发射激光器的芯片设计,可在高达 125°C 的工作温度下提高波长稳定性,这通常适用于汽车应用,包括激光雷达技术。 [艾姆斯欧司朗]


Vallo 预测,到 2025 年到 2026 年,随着多结 VCSEL 的使用(在紧凑的占地面积中提供高输出功率)的增加,汽车激光雷达应用将向前迈进一大步。事实上,Lumentum 和 II-VI 最近都发布了多结器件。

 

正如 Vallo 所强调的那样:“这种类型的 VCSEL 架构将成为汽车行业 [激光雷达] 应用的关键。”

 

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