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(chǔ)的光讀寫頭，高級(jí)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(chǔ)用產(chǎn)品。電腦用只讀DVD驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)——數(shù)字存儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)器銷售量猛增，使數(shù)字存儲(chǔ)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(huì)陸續(xù)從2005年面市。2004年780nm波長的激光器件會(huì)保持10.5億美元銷售額，而650nm波長的激光器件會(huì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)，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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)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(tái)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(chǔ)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(chǔ)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(jí)的用于短距離光纖通信，1W級(jí)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(chǔ)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)