潮科技 | 细数光子学技术六大应用市场

编者按：本文来自微信公众号“MEMS”（ID：MEMSensor），作者麦姆斯咨询殷飞，36氪经授权发布。

光子学是研究并利用光子特性的一个物理学分支，因此，光子学市场由众多基于光技术的独立但相关的市场组成。光子学市场规模庞大且不断增长，整体市场规模到2023年预计将接近8000亿美元。其市场成功的原因在于，基于光的技术在现代生活中的方方面面都发挥着关键作用，例如电信、数据存储、医疗诊断、自动驾驶、绿色能源、农业以及工业等。

据麦姆斯咨询介绍，光子学市场从整体上来看，激光器、探测器、传感器和成像器件细分市场预计在未来几年内的增长率最高。本文将关注光子学产业的六个重要细分市场，分别探究其中短期内的驱动因素、增长和机遇。

光子集成电路（PIC）

光子集成电路（PIC）涉及的材料众多，包括硅（Si）、磷化铟（InP）、二氧化硅（SiO2）、铌酸锂（LinBo3）、氮化硅（SiN）、聚合物或玻璃，并且需要依托定制的制造工艺平台。与传统光学器件相比，PIC的优势包括：尺寸更小的光学芯片、更高的数据速率、更低的功耗、更低的比特数据成本和更高的可靠性，推动了其蓬勃发展。PIC的最大需求市场来自通信网络和数据中心互联（或称DCI），以及即将推出的5G无线技术、汽车或医疗传感器等新应用。从材料来看，InP是最常用的材料，但Si增长更快。

基于InP的光子集成电路应用纵览

资料来源：《磷化铟晶圆和外延片市场-光子和射频应用》

基于PIC的收发器主要材料为硅光子和InP，整体市场规模将从2018年约40亿美元增长到2024年的190亿美元，出货量从3000万个增长到约1.6亿个。其中，硅光子市场的复合年增长率最高，达44.5%，将从2018年的约4.55亿美元（相当于130万个）增长到2024年的约40亿美元（相当于2350万个）。

PIC市场的主要厂商包括：Finisar、TE Connectivity、Hewlett-Packard、Neophotonics、Luxtera、Avago Technologies、JDS Uniphase、Alcatel-Lucent、Intel、Infinera和Agilent等。2018年，Lumentum以约18亿美元收购了Oclaro。这两家行业领导者的专业技术积累，预计将为光纤组件、高速通信模块和3D传感市场带来一位更全能的竞争者。

光子集成电路（PIC）材料体系总览

资料来源：《硅光子和光子集成电路技术和市场-2019版》

激光二极管

激光二极管是直接将电能转换为光的半导体器件。由于激光二极管在工作中，电子的能量转变过程只涉及两个能阶，没有间接带隙造成的能量损失，所以效率相对高。除了效率高，激光二极管还具有体积小、寿命长的优点，批量生产的产品单价低于1美元。目前，激光二极管类型主要有单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW），市场上的产品能提供从紫外光到长波红外光的各种波长：中心波长由器件结构和半导体材料决定。

激光二极管应用包括工业切割和焊接、光纤通信、激光指示器、光学读取/记录设备、激光打印机、增材制造、激光扫描、医疗、测距、汽车前灯以及包括激光雷达（LiDAR）在内的自动驾驶应用等。工业应用是激光二极管的主要市场。尽管激光系统早在制造业实现互联控制之前就已经在工厂中运行，现在，激光器已经成为互联制造或工业4.0的核心。

激光二极管领域的主要竞争厂商包括：Coherent、IPG Photonics、Eagleyard、Osram、Trumpf、Jenoptik、Toptica、Trioptics、Hamamatsu、Laser Components和Lumics等。

激光二极管市场预测：2029年全球激光二极管市场将增长到约120亿美元

资料来源：《激光二极管和直接二极管激光器-2019版》

光子传感器

光子传感器是将光转换为电信号的器件。它们被广泛用于激光雷达、雷达、激光诱导荧光、量热法、闪烁检测、光谱学、生物荧光检测、太阳能和风能、自动驾驶汽车、机器视觉、光网络、医疗诊断和自动化制造等领域。

随着“工业4.0”和智能制造的提出和发展，对互联、人工智能（AI）和速度的需求，使光子传感器的应用激增。Hamamatsu Photonics看到了这一领域的机遇，并正在建设一座新工厂，以满足其光电半导体模块产品不断增长的市场需求。

光子传感器市场的主要厂商包括：Hamamatsu、Omron、STmicroelectronics、ON Semiconductor、Samsung、Sony、Keyence、Pepperl + Fuchs以及Laser Components和Prime Photonics等。预计，光子传感器市场将以14%的复合年增长率增长。

无损检测

根据美国无损检测协会的定义，无损检测是在不破坏部件或系统使用的前提下，检测或评估材料、组件的不连续性或特性差异的过程。

据麦姆斯咨询报道，2017年无损检测设备市场规模为23.8亿美元，预计到2025年将增长至47.2亿美元，2017年~2025年期间的复合年增长率（CAGR）为9.0%。

无损检测市场的挑战包括缺乏熟练的专业人员，以及自动化测试设备的高成本。另一方面，新兴经济体的基础设施发展以及对无损检测设备的应用，为无损检测产业带来了巨大的增长机遇。

无损检测已广泛用于各个行业，包括汽车运输以及能源和电力等。由于全球汽车需求和生产的增长，2017年~2025年期间，预计汽车和运输应用的无损检测市场复合年增长率最高，可达10.6%。能源和电力应用占2017年无损检测总市场份额的近三分之一，并将在2025年保持其领导地位，主要是因为发电厂及相关测试设备的数量持续增长。无损检测也被用于可再生能源领域，这是一个机遇丰富的新领域。

无损检测市场的主要厂商包括：Olympus Corporation、Intertek Group Plc、SGS SA、Teledyne Dalsa、Ashtead Technology、General Electric、Sonatest、Zetec、YXLON International、Mistras Group和Magnaflux Corporation等。

脑成像

随着脑损伤和脑癌发病率的上升，人口老龄化面临的阿尔茨海默症风险提高，以及对人类认知功能和人类行为的研究关注，对脑成像的需求也在持续增长。与脑成像需求增长相一致的是图像技术的迅速发展。到2029年底，脑成像系统市场规模预计将达到70亿美元，复合年增长率约为7%。

功能性磁共振成像（fMRI）、功能性近红外光谱技术（fNIR）和正电子发射型计算机断层显像（PET）是脑成像市场的领先光学技术。fMRI利用血氧水平依赖（BOLD）对比，反映出脑组织局部活动功能。PET通过注射放射性同位素，参与人体的代谢过程，放射性同位素在体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象。fNIR与fMRI一样，也是一种依赖BOLD对比的成像方法。不过，它比fMRI成本更低，更便携，但在测量皮质活动的深度方面受到限制。

脑成像系统被用于诊断和外科手术。MRI引导的神经外科消融技术可用于深部脑刺激，以及肿瘤和病变的激光消融治疗。预计该市场到2026年期间将以4.5%的复合年增长率增长，市场总规模达到56亿美元。

脑成像系统市场的主要厂商包括：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。

夜视

夜视主要用于安防监控、军事、汽车、个人视觉系统（PVS）和消防等。使用的技术包括热成像、图像增强以及传感器融合技术。图像增强提高了从近红外到长波红外波段的可见度。传感器融合技术生成图像的电子格式，传输到中央系统进行信息收集和识别。

随着易用性的提高和成本的降低，夜视也被用于许多消费类应用，例如家庭安全和监控系统，户外活动以及夜间摄影等。户外消费类应用市场形势喜人，也是全球红外市场的重要贡献者。个人视觉系统主要包括便携式双目夜视镜、单目夜视镜和瞄准器，它们被广泛用于边界巡逻、执法，以及日益增长的户外消费类应用，例如山地运动和狩猎等。

根据Yole近期发布的《非制冷红外成像仪和探测器技术及市场趋势-2019版》报告，受迅速扩张的商用市场推动，非制冷红外成像仪预计在2018~2024年期间出货量的复合年增长率（CAGR）可达15.8%。

该市场的主要厂商包括FLIR systems、Lynred、SEEK Thermal、Excelitas、Nicera、Murata、Melexis以及Heimann等。