在過去的一年中,俄烏(wu) 戰爭(zheng) 爆發,供應鏈因持續的新冠疫情影響陷入緊張局麵……這些因素都為(wei) 2022年平添了一絲(si) 嚴(yan) 峻的色彩。幸而在2022年的最後一個(ge) 月,激光聚變突破一躍成為(wei) 了全球的頭條新聞,並提高了人們(men) 對環保能源未來前景的希望。那激光行業(ye) 本身發展得如何呢?
從(cong) 一些代表性的行業(ye) 企業(ye) 的表現中,激光行業(ye) 的發展狀況也可見一斑:德國私人控股激光巨頭通快(TRUMPF)集團公布,在截至6月份的財年中,其收入強勁增長了20%。通快的訂單也大幅增長了42%。總部位於(yu) 美國的Coherent(已與(yu) II-VI合並)也在其年度報告中披露,其收入增長了7%,預訂量增長了29%。
以下是通過回顧一年中的重大事件和關(guan) 鍵趨勢,得出的2023年光子學產(chan) 業(ye) 八大預測:
預測一:工業(ye) 激光市場擴大
在最近與(yu) 激光市場分析師Arnold Mayer博士的談話中,他分享了一些關(guan) 於(yu) 激光行業(ye) 的前景預測,其中工業(ye) 激光係統是非常關(guan) 鍵的一個(ge) 部分。
Arnold Mayer表示:“我預計全球工業(ye) 激光係統市場在2022年將達到220億(yi) 美元,與(yu) 2021年持平。盡管美洲的需求呈現強勁增長,但全球最大的工業(ye) 激光市場——中國的需求有所下降。歐洲市場的需求有所增長(以當地貨幣計價(jia) ),但由於(yu) 匯率大幅變化,該區域市場的美元價(jia) 值並未增加。”
當被問及對明年的看法時,Arnold Mayer預測2023年工業(ye) 激光市場的增長率將在5%-10%之間。由於(yu) 中國市場趨勢的不確定性,目前對該市場進行預測不太可靠。
隨著半導體(ti) 行業(ye) 對激光和光學係統的需求增加,預計切割和焊接將占全球工業(ye) 激光市場的最大份額。
預測二:半導體(ti) 晶圓製造新工廠層出不窮
隨著美國《芯片與(yu) 科學法案》(U.S. CHIPS and Science Act)的通過,許多新的半導體(ti) 工廠正陸續納入投建——由於(yu) 美國國會(hui) 撥款520億(yi) 美元支持其國內(nei) 芯片行業(ye) ,這一趨勢可能會(hui) 持續數年。僅(jin) 台積電一家就將在美國的芯片設施上投資400億(yi) 美元。英特爾(Intel)、GlobalFoundries、三星(Samsung)、德州儀(yi) 器(Texas Instruments)等公司也紛紛表示,計劃在美國建立自己的晶圓廠,投資規模已超過2000億(yi) 美元。
光學供應商蔡司(Zeiss)則建造了一個(ge) 車庫大小的真空室,用於(yu) 測量ASML的高NA EUV光刻機內(nei) 部的光學係統。
其他地方的勢頭也在增強。路透社最近報道稱,中國政府正在準備1萬(wan) 億(yi) 元人民幣(1430億(yi) 美元)的一攬子計劃來促進本國半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 的發展,歐洲也有自己的《芯片法案》(CHIPS Act),隻是力度要小一些。
在德國市場,英特爾宣布計劃在柏林以西兩(liang) 小時車程的德國Magdeburg建立一個(ge) 巨大的芯片製造工廠,德國政府已經為(wei) 該項目撥款68億(yi) 歐元。
所有這些努力都將有助於(yu) 以芯片行業(ye) 為(wei) 目標的光子資本設備的長期增長。
這能滿足目前的市場需求嗎?科技巨頭阿斯麥公司(ASML)的首席執行官Peter Wennink在今年的投資者日上分享了一些有趣的事實。其中,他預計半導體(ti) 市場的年增長率將達到9%左右,並在2020年至2030年期間半導體(ti) 收入將翻一番。
預測三:遵循摩爾定律
科技方麵也傳(chuan) 來了好消息——極紫外(EUV)光刻技術是近年來光刻技術的發展方向。如何在芯片上實現更小的結構?現在已經有了答案:具有更大數值孔徑(NA)的EUV。不少人一直想知道設備製造商能做些什麽(me) 來擴展或取代EUV,從(cong) 而在芯片上生產(chan) 更小的功能——答案是具有更高數值孔徑(NA)的EUV。簡而言之,較高的數值孔徑意味著更大的鏡像將圖案投射到芯片上,從(cong) 而實現更小的結構。目前還沒有看到有廠商發布其他可以超越EUV的新技術。但按照ASML的說法,這項技術至少會(hui) 持續到2030年。
由Gordon Moore提出的摩爾定律改變了世界。
人類對美好生活的追求,延續著“摩爾定律”的生命
預測四:供應鏈問題得到緩解
在過去的兩(liang) 年裏,供應鏈問題嚴(yan) 重阻礙了激光係統和其他光子製造設備和最終產(chan) 品的生產(chan) 。
有激光供應商就表示,由於(yu) 他們(men) 無法獲得新一代產(chan) 品的所有部件,他的公司不得不推廣一個(ge) 舊係統。
這些評論可能反映了許多業(ye) 內(nei) 人士對供應鏈中斷的看法。風險仍在繼續,但仍有希望。
預測五:招聘合適人才是個(ge) 挑戰
不過,保持樂(le) 觀當然不能解決(jue) 困擾光子學行業(ye) 的另一個(ge) 問題:找到合格的員工。
總部位於(yu) 柏林的Scansonic MI GmbH最近有幾名員工跳槽到附近的特斯拉工廠,據該公司董事總經理Axel Luft表示,該公司已經求助於(yu) 私人聯係人或獵頭來填補這一空缺。
另一家德國公司TOPTICA Photonics在全球共有450名員工,該公司最近在其網站上列出了50個(ge) 空缺職位。
在美國,填補光子學工作崗位的挑戰有點不同,meta和英特爾等大型科技公司今年宣布了大規模裁員。
裁員帶來的勞動力混亂(luan) 局麵很快就浮現出來現了,這讓人感到困惑,Optica的高級行業(ye) 顧問Tom Hausken表示:“就業(ye) 數據仍然很好,整個(ge) 經濟領域仍然有空缺職位,包括我們(men) 這個(ge) 行業(ye) 。這應該意味著以前難以招人的雇主——比如許多小公司、大型軍(jun) 事承包商和政府實驗室,最終將能夠滿足更多的需求。這既適用於(yu) 量子技術等熱門就業(ye) 領域,也適用於(yu) 更傳(chuan) 統的光學和光子工程。”
預測六:激光核聚變
毫無疑問,激光核聚變成為(wei) 了2022年濃墨重彩的一筆。在美國國家點火設施(NIF)取得豐(feng) 碩成果的同時,光子學媒體(ti) 正在密切跟蹤著這一領域新的發展。
但另一方麵,我們(men) 也可預見:十年內(nei) 激光核聚變將不會(hui) 成為(wei) 一個(ge) 商用技術。
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預測七:激光通信
與(yu) 2023年的光子學市場更直接相關(guan) 的一個(ge) 話題更大可能性是在:近地軌道衛星。下一代衛星星座將使用激光終端進行自由空間通信。從(cong) 發射開始,這一趨勢將為(wei) 光子組件創造數億(yi) 美元的收入。每顆衛星都需要四個(ge) 這樣的終端,單價(jia) 在六位數左右。
例如,RIVADA空間網絡公司計劃在2025年發射300顆衛星。它們(men) 都將攜帶4個(ge) 激光終端,共計1200個(ge) 。
RIVADA的業(ye) 務發展總監Thomas Laurent就指出:“激光終端可實現直接通信,不再需要地麵網關(guan) 。而且現在已經可以從(cong) 多種渠道獲得這些產(chan) 品。”
在經過DARPA的評估後,美國空間發展局宣布,擁有數百顆衛星的國防空間架構也將使用光通信終端。如果其他衛星星座采用了這項新技術,這項技術可能會(hui) 迅速發展成一個(ge) 價(jia) 值10億(yi) 美元的光子組件市場。發射到近地軌道的激光連接衛星網絡,將在未來3年內(nei) 為(wei) 光學元件創造一個(ge) 重要的新市場。
預測八:激光對抗部署加速
還有一個(ge) 與(yu) 國防相關(guan) 的趨勢:高能激光武器。激光發明後,人們(men) 對激光將成為(wei) 繼原子彈之後武器領域的最大突破寄予厚望,數百萬(wan) 美元的資金預算被分配。
50年後,激光在戰場上更加活躍。例如,以色列拉斐爾先進防禦係統公司提供7.5 kW LITE光束激光係統,以對抗距離達2公裏的小型無人機。拉斐爾公司將其命名為(wei) 使用100千瓦“鐵束”(Iron Beam)的更大版本,類似於(yu) 該公司的“鐵穹”(Iron Dome)係統,該係統已經攔截了2500多枚火箭。
激光要在軍(jun) 事應用領域獲得應用,每發激光的成本盡可能降至最低才是可行的。根據國外媒體(ti) 發布的一段視頻,“鐵束”每發激光的成本為(wei) 2美元,與(yu) “鐵穹”攔截導彈每發5萬(wan) 美元的成本形成了鮮明對比。
同一段視頻也揭示了其局限性:激光嚴(yan) 重依賴於(yu) 清晰的視線。任何霧、雨或雪都會(hui) 使它失效。換句話說,這樣的激光係統永遠不會(hui) 是一個(ge) 獨立的解決(jue) 方案。
盡管如此,美國總統拜登已經承諾支持“鐵穹”和“激穹”(Laser Dome)係統的發展。就在最近,美國武器製造商洛克希德·馬丁公司與(yu) 拉斐爾公司合作開發的一種激光武器係統,更是宣布將於(yu) 2023年投入市場。可以看到,在激光發明60年後,這項技術在防禦對抗中的部署終於(yu) 要開始加速了。
以上內(nei) 容來自現代激光工業(ye) 、電子技術設計
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