Лазерный мир

Компания IDTechEx Research выпустила отчет, в котором рассказывается о том, как достижения в технологиях лазерных диодов влияют на рост различных сегментов рынка.

Новые полупроводниковые лазерные технологии революционизируют рынки промышленной обработки материалов и оптического зондирования. Автомобильная и электронная промышленность извлекают большую выгоду из достижений в области лазерного производства, трехмерного зондирования и визуализации, лидарного и промышленного машинного зрения. Эти нововведения подробно обсуждаются в недавно выпущенном отчете IDTechEx Research под названием «Лазерные диоды и прямые диодные лазеры 2019-2029».

Лазерные диоды — это компактные и энергоэффективные полупроводниковые технологии, которые доступны по цене ниже 1 доллара США (~ 0,89 евро) для серийно выпускаемых устройств. Продукты предлагаются во многих длинах волн от ультрафиолетовых до длинноволновых инфракрасных, а длина волны определяется структурой устройства и его полупроводниковыми материалами.

В отличие от светодиодов (LED), лазерные диоды производят когерентный пучок монохроматического света (одна длина волны), который остается коллимированным на большом расстоянии, как это наблюдается с обычными лазерными указками. Лазерные диоды также имеют более мощное излучение и более энергоэффективны по сравнению со светодиодами. Физические механизмы, лежащие в основе этих различий, — это генерация лазерного света с помощью процесса, известного как «стимулированное излучение»; усиление света с помощью оптической полости между двумя зеркальными поверхностями. Напротив, светодиоды генерируют свет посредством спонтанного излучения и не содержат оптического резонатора.

Выходная мощность одиночного лазерного диода может варьироваться от милливаттных до уровней нескольких ватт. Отдельные излучатели могут использоваться по отдельности или в сочетании для формирования более сложных лазеров с различными свойствами и областями применения. Несколько лазерных диодов могут формировать лазерную диодную линейку для оптической накачки (ввода энергии) твердотельных лазеров. Лазерные диоды, встроенные в модули с оптикой для формирования луча и управляющей электроникой, полезны для многих применений.

Синий лазерный луч — быстрее и эффективнее при обработке металлов

За последние три десятилетия средняя мощность лазерных диодов увеличивалась в геометрической прогрессии, а их средняя цена снизилась. Эти невероятные достижения в полупроводниковой лазерной технологии позволяют создавать прямые диодные лазеры (DDL), в том числе мощные прямые диодные лазеры (HPDDL), которые вырабатывают выходную мощность в несколько киловатт.

Значительное улучшение качества лазерного луча теперь позволяет пользователям сфокусировать свет в небольшую точку, и это показало, что DDL являются быстро развивающимися инструментами для обработки металлов, пластмасс и композитов. Следовательно, DDL и HPDDL становятся основными мировыми тенденциями промышленного производства, и Panasonic (Япония) приобретает производителя HPDDL TeraDiode (США), чтобы укрепить свои позиции на рынке лазерной обработки материалов.

Особенно важной тенденцией является разработка лазеров с синим диодом для таких применений, как сварка и 3D-печать меди, при этом ключевой игрок Laserline (Германия) запустил продукт мощностью 1 кВт в 2019 году. Синий лазерный луч быстрее и эффективнее обрабатывает металлы, такие как медь, являются  плохими поглотители обычного инфракрасного излучения. Сегодняшние ключевые игроки DDL демонстрируют новые применения диодных лазеров, которые десятилетия назад были отвергнуты как невозможные, в то же время сотрудничая с производителями автомобилей, такими как Volkswagen (Германия), для оптимизации параметров лазерной обработки.

Рынки лазерных диодов и оптических датчиков

Широкое распространение лазерных диодов на рынках оптического зондирования также трансформирует автомобильную промышленность и электронику. Полупроводниковые лазеры для зондирования производятся многонациональными гигантами, такими как Sony (Япония), ключевыми игроками лазерной промышленности, такими как II-VI Incorporated (США), и небольшими компаниями, такими как CNI (Китай), которые имеют опыт в области машинного зрения.

Ключевой тенденцией в 2019 году является развитие технологии лазерного излучения с вертикальной полостью (VCSEL) для таких приложений, как распознавание лиц в смартфонах. VCSEL — это тип лазерного диода, который предлагает превосходные свойства луча, термостабильность и масштабируемость устройства по сравнению с такими продуктами, как лазерные диоды Фабри Перо. Такие компании, как II-VI («2-6»), вкладывают средства в быстрое наращивание производственных мощностей VCSEL и усиление своих позиций на рынке VCSEL. В ноябре 2018 года II-VI объявил о планах приобретения эксперта VCSEL Finisar (США).

Рост рынка лазерных диодов

Еще одной быстро развивающейся лазерной технологией является лидар, это название  — акроним «Обнаружение и определение света» (Light Detection And Ranging, LiDAR). В 2018 году BMW i Ventures, венчурный фонд BMW, инвестировал средства в лидарный запуск «Blackmore» (США). Инновационные лидарные датчики Blackmore для автомобилей с автоматическим управлением используют источник света с частотно-модулированным непрерывным излучением (FMCW) и сканируют лазерным лучом с использованием твердотельных методов, которые отличаются от традиционных лидарных систем, использующих импульсный свет и механическое сканирование.

Лидар FMCW сочетает в себе аппаратные средства оптической связи и методы обработки радиолокационных сигналов для предоставления точной информации как о расстоянии до объекта, так и о скорости. Внедрение в автомобильной промышленности автономных транспортных средств технологий лидарного и автомобильного мониторинга является важной тенденцией, способствующей росту рынка лазерных диодов.

Мировой рынок лазерных диодов и прямых диодных лазеров к 2029 году достигнет 13,985 млрд долларов, где на лазерные диоды приходится 11,952 млрд долларов, а на прямые диодные лазеры — 2,033 млрд долларов. Примечательно, что сегмент рынка оптического зондирования растет на порядок в период 2019-2029 годов.

Лазерные диоды и прямые диодные лазеры 2019-2029

В недавнем отчете под названием «Лазерные диоды и прямые диодные лазеры на 2019–2029 годы» аналитик IDTechEx д-р Нилуши Вийясингхе исследует, как достижения в области технологий лазерных диодов влияют на рост сегментов рынка, о которых говорилось выше.

Особое внимание в докладе уделяется обработке материалов, оптическому зондированию и оптической накачке, и это показывает, что полупроводниковые лазерные технологии являются различными инструментами, которые лежат в основе инноваций и роста бизнеса в различных отраслях промышленности. Недавний прогресс подчеркивается с помощью тематических исследований, где они опираются на  знания в области лазерной физики и полупроводниковой физики для объяснения новых технических концепций.

В отчете оцениваются преимущества и проблемы, связанные с внедрением лазерных технологий, для обеспечения сбалансированного взгляда на рыночные возможности. Прогнозы рынка основаны на обширном анализе первичных и вторичных данных в сочетании с тщательным рассмотрением факторов рынка, ограничений и действий ключевых игроков.

Источник: https://www.scitecheuropa.eu/laser-diode-advances/94087/