Лазерная промышленность

Лазерные технологии являются критически важными для многих областей промышленности.
К отраслям, в наибольшей степени нуждающимся в лазерных технологиях, относятся следующие: медицина, военно-промышленный комплекс, телекоммуникации, авиакосмическая сфера, металлургия.

В промышленно развитых странах за рубежом освоение лазерных технологий имеет серьезную государственную поддержку – прежде всего там, где развита лазерная индустрия. В западных странах функционируют центры услуг по лазерной обработке “job-shop”, то есть региональные центры лазерных технологий, выполняющие заказы предприятий своего региона на обработку материалов и изделий лазерным лучом.

Кроме того, часто в рамках федеральных программ создаются системы лазерных информационно-консалтинговых центров, которые должны организовывать сотрудничество предприятий-потребителей с фирмами – исполнителями заказов на лазерную обработку материалов, измерения и пр.

Недиодные лазеры Мировой рынок лазеров испытывает сильное влияние глобальных тенденций сегодняшней экономики, поскольку недиодные лазеры в большинстве своем используются в промышленном и медицинском лазерном оборудовании. Для внедрения такого оборудования требуются значительные финансовые средства, а их у потенциального покупателя может не хватать в силу неблагоприятных общих экономических тенденций

Рис.1 Общемировой объем продаж лазеров с 2004 по 2008 гг. (млрд. долл.)

Эксперты отмечают, что сегодня появилось удивительно большое число новых видов лазерной техники и основанных на ней технологий - фотонные кристаллы, светодиоды большой яркости, солнечные батареи, плазмоника, аттосекундная физика, лазерная керамика для нового поколения излучателей с мощностями мегаваттного уровня и др. Фотоника как отрасль имеет огромное влияние на общество и становится все более инновационно активной.

Одним из наиболее мощных «новых» рынков для лазеров и оптоэлектроники является фотоэлектрическая (PV) энергетика. На конференции “SEMICON West” в 2007 году более 160 компаний – поставщиков оборудования, подсистем и материалов, используемых для производства солнечных ячеек (фотоэлектрических батарей), активно рекламировали свою продукцию. По оценке экспертов, суммарный рынок PV-оборудования и материалов составил в 2006 году 3,7 млрд. долл., причем наибольший объем продаж дали материалы с нанесенным поликристаллическим кремнием. К 2010 году прогнозируется рост этого рынка до 10 млрд. долл.

Еще одним примером рынка с огромным потенциалом спроса на оптические технологии является сектор наук о жизни. Продажи биомедицинской оптической продукции утроились за период 1995 – 2005 гг., достигнув уровня в 6 млрд. долл., а к 2010 году они должны возрасти еще в 5 раз.

Страны Азии

Несмотря на констатацию замедления роста мировой экономики еще в 2007 году, некоторые географические регионы демонстрируют растущую мощь и влияние на мировой рынок. Это, в первую очередь, – Япония, Китай, Индия и некоторые европейские страны. Стабильность азиатского и европейского рынков помогла многим лазерным и оптоэлектронным компаниям компенсировать вялость американской экономики в 2007 году, особенно в индустриальном секторе.

Европа

Европейские производители лазерной техники были достаточно успешны в последние годы. Заметный спрос отмечен в части сложных систем технического зрения, метрологической аппаратуры в оборонной полупроводниковой и авиакосмической промышленности, лазерных устройств для оборонных применений. Еще один быстро растущий сектор европейского лазерного рынка - светодиоды и органические светодиоды, где европейские специалисты занимают ведущие позиции в части новых разработок.

Тенденции

• Выход волоконных лазеров на рынок недиодных лазеров и продолжающееся вытеснение недиодных лазеров диодными во многих применениях - от медицины до графики
• Рост производства твердотельных лазеров, обусловленный как разнообразием требований к лазерным источникам в различных приложениях, так и совершенствованием систем накачки таких лазеров лазерными диодами
• Рост продаж волоконных лазеров в 2007 году составил 40%, более того, они «захватывают» уже устоявшиеся рынки - особенно в части промышленных технологий, где они не открывают новых применений, а заменяют другие лазеры.

Сферы применения:

Лазеры для обработки материалов

Производство полупроводников и изделий из них продолжает оставаться главным рынком лазерной и оптоэлектронной промышленности.

Объем продаж технологических лазеров за 2007 году оценивается в 41 тыс. шт., на 6% больше, чем в 2006 году, в денежном выражении это составило 1,7 млрд. долл., на 8% больше, чем в предыдущем году. Суммарный рынок технологических лазерных установок и систем оценивается в 6,1 млрд. долл., он вырос за год в денежном выражении на 6%.

Основными слагаемыми этого сегмента рынка лазеров стали волоконные лазеры (их продано за 2007 год примерно на полмиллиарда долларов) и мощные СО2-лазеры (их сбыт увеличился на 10% по сравнению с 2006-м).

Несмотря на рост продаж продукции этой отрасли на 26% в 2006 году, из-за низкого потребительского спроса рост продаж в 2007 году составил всего около 1%, в 2008 году наблюдалась бóльшая оживленность, однако ухудшение экономической ситуации сильно снизило мировые прогнозы.

Медицина

Быстро растущая часть «медицинского» сектора лазерного рынка - это диагностическое оборудование, а также различные лазерные коррекции (пластическая и эстетическая хирургия). Мировой рынок лазерных медицинских систем для хирургии и терапии продемонстрировал в 2007 году 10%-й рост.

Однако не наблюдалось роста в сфере лазерного медицинского оборудования для коррекции зрения, из-за чего не было и роста спроса на используемые в таком оборудовании эксимерные лазеры.

Фундаментальные научные исследования

Сектор лазерной аппаратуры для фундаментальных научных исследований в 2007 году в США сохранил свое значение третьего по важности в рамках рынка недиодных лазеров.

Вообще говоря, границы этого сектора рынка являются весьма размытыми, так как трудно разграничить фундаментальные и прикладные исследования. Еще одна особенность этого сектора лазерного рынка - быстрая эволюция оборудования.

Аналитические приборы

Вне сферы наук о жизни применения лазерно-оптических аналитических приборов также весьма многочисленны. Примером может служить аппаратура для анализа распределения частиц по размерам, уже традиционно используемая в таких отраслях, как производство цемента, металлических порошков, пищевой и фармацевтической промышленности.

Нанесение графических изображений, цветная печать

Рынок графических технологий продолжает мигрировать к парадигме цифровой печати, и это не лучшим образом сказывается на продажах недиодных лазеров в этом секторе. Для них, по-существу, осталась здесь единственная большая ниша - подготовка печатных клише путем переноса на пластину текста или изображения из компьютера (“computer-to-plate”, или СТР-система). В таких системах используются сейчас твердотельные лазеры с диодной накачкой, излучающие зеленый свет.

Другие применения недиодных лазеров в сфере нанесения изображений - цифровая фоторетушь, нанесение титров на пленку, изготовление карт печатных схем - продолжают существовать.

Аппаратура для шоу и дисплеев
Мировой рынок лазерной продукции для шоу и дисплеев продолжает потреблять недиодные лазеры во всевозрастающем количестве, но область наибольшего спроса уже переместилась из Европы в Китай. К сожалению, при увеличении числа продаж в этом секторе рынка объем выручки здесь не растет - из-за снижения цен, особенно на лазеры мощностью до 2 Вт. С момента появления на рынке «зеленых» твердотельных лазеров (в 1997 году) и их освоения в секторе шоу-систем цена на них здесь постоянно снижается, и сегодня для лазеров с выходной мощностью £1 Вт она составляет всего 20% от той цены, которая была в 1997 году. Причиной является освоение и развитие производства таких лазеров в Китае, разработка полностью твердотельных RGB- и RGY-проекторов и переход лазерных шоу-систем в разряд продукции массового спроса.

Заметной тенденцией в этом секторе рынка является переход к проекционным системам на основе диодных лазеров, которые и здесь могут сильно потеснить недиодные лазеры в ближайшие два года.

Военные и авиакосмические применения

Другие сегменты рынка

Измерения и диагностика, оптическая связь, считывание штриховых кодов, оптическая память. Большинство этих областей применений лазерных источников излучения или целиком заняты диодными лазерами и потому будут рассматриваться во второй части обзора по лазерному рынку (например, считывание штрихкодов), или представляют собой смесь отдельных небольших секторов лазерных технологий, динамика потребления недиодных лазеров в которых не имеет явных общих закономерностей.

В полном соответствии с наблюдающейся здесь долговременной тенденцией объем продаж диодных лазеров в 2007 году вырос. За исключением цикла «бум – провал» в 1998 – 2003 гг. временной ход рынка лазерных диодов в целом демонстрирует картину стабильного роста со средним темпом 7,6% в год.

Сферы применения:

Телекоммуникации

Сектор телекома, включая передатчики сигнала, продолжает расти, особенно в части так называемых
FTTх-применений (волоконные линии «дом / узел связи / офис»).

Другие продукты, вышедшие на сильные позиции на рынке диодных лазеров для телекома, - это перестраиваемые лазеры и передатчики на 40 Гбит/с (и уже говорят о 100 Гбит/с). Перестраиваемые лазеры являются главным элементом переконфигурируемых оптических «прибавить / убрать» мультиплексоров (reconfigurableoptical “add / drop” multiplexers-ROADMs) в гибких WDM-системах связи.

Оптическая память

После спада в 2006 году сектор оптической памяти рынка диодных лазеров в 2007 году продемонстрировал неплохое восстановление. Главной причиной роста стал переход к следующему поколению техники оптической записи и считывания информации.
Что касается рынка 405-нм лазерных диодов, то его будущее вполне обеспечено: с каждым годом растет использование форматов HD и Blu-ray, также эти типы диодов используются в популярной Play Station 3. А с ростом продаж 405-нм лазерных диодов будет развиваться и сектор оптической памяти рынка лазерных диодов.

Диодные лазеры высокой мощности

Этот сектор рынка растет в последние годы в наименьшей степени. Единственный подсектор, растущий наиболее быстрыми темпами, – это производство мощных диодных лазеров для накачки твердотельных лазеров, включая волоконные.
Для других подсекторов этого рынка рост оказался либо очень слабым, либо вообще отрицательным.

Медицина

Все лазеры, используемые в офтальмологии (для рефрактивной хирургии и фотокоагуляции), общей хирургии, терапии, косметологии и диагностике.

Регистрация изображений

Лазеры для настольных принтеров, факсов и регистраторов изображений отнесены в эту категорию вместе с диодными излучателями, используемыми в коммерческих системах, – цветоделителях, высокопроизводительных принтерах, выходных блоках радаров, спутников и т.д.

Другие сегменты рынка

Передача данных остается наиболее емкой и быстрорастущей составляющей этого сегмента рынка диодных лазеров, формируя примерно 86% спроса в нем.
Параллельные оптические соединительные линии наконец заняли в прошлом году сильные позиции (эти линии, использующие цепочки 850-нм VCSEL-диодов, применяются для связи в суперкомпьютерах и маршрутизаторах терабитной емкости).

Россия

Доля России в мировом рынке с учетом продаж как внутри страны, так и за рубежом составляет в настоящее время не более 1,5%. Причем более 70% оборудования не соответствует мировому уровню. Российский потенциал оценивается примерно в 10% мирового рынка, т.е. 5 – 10 млрд. долларов США.
Ежегодный объем продаж лазерных систем на рынке ЕС превышает 6,1 млрд. евро. Объем экспорта российских станков для лазерной резки, сварки и маркирования составляет 70 млн. долларов США.
В России практически отсутствует современная технологическая база, более 80% промышленных предприятий нуждаются в оборудовании и различных технологиях лазерной обработки.

В то же время производительность самого лазерного оборудования довольно высока, и одна из проблем обеспечения экономически выгодного его использования – достижение загрузки оборудования на полную мощность, чего не всегда удается добиться в рамках объемов производства одного российского предприятия.

И, несмотря на то что все же отечественные предприятия выпускают практически все известные виды лазерной техники и в широком ассортименте, современному мировому техническому уровню отвечает не более 5 – 10% от всех этих моделей, а многие из них остаются опытными образцами.

Однако в последние годы более активно проходят программы по стандартизации лазерного излучения, в частности, План национальной стандартизации в области лазерной метрологии и радиометрии на 2008 – 2012 годы включает в себя 12 стандартов, 11 из которых разрабатываются с учетом международных стандартов, т.е. будут гармонизированы с международными стандартами. Как правило, эти стандарты являются аналогами соответствующих документов ISO.

В то же время следует отметить, что система сертификации для лазерно-оптической отрасли была создана только в 2008 году – при поддержке Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование), причем она пока является добровольной, а не обязательной, следовательно, никакого надзора за исполнением этих стандартов не существует.

Более того, в России отсутствует государственный подход к решению государственной проблемы сохранения технологической независимости страны, в частности, того, что касается лазерной промышленности.

Нет структуры, которая занималась бы продвижением лазерных технологий в промышленность города, могла оказать независимую консультацию по сравнительной эффективности разных лазерных технологий и, при необходимости, была способна провести исследования и разработку таких технологий.

Ежегодно из бюджета выделяются миллионы долларов на поддержку НИОКР по лазерам, но государство не контролирует использование их результатов. В итоге практически все новые научно-технические результаты, получаемые в РАН и вузах, а также негосударственных малых предприятиях, быстро уходят за рубеж, часто с потерей прав на интеллектуальную собственность и за столь малую цену, что выручаемые средства вообще не влияют на дальнейшее развитие работ по лазерам в России.

Следует также отметить, что в России в целом не существует отрасли «фотоника», из чего следует, что она не финансируется и не поддерживается самостоятельно. И наблюдается различие в подходах к развитию отрасли со стороны госпредприятий (ждущих дополнительного выделения бюджетных средств) и частных предприятий (ждущих удешевления заемных средств и введения налоговых льгот на развитие бизнеса). В то же время для формирования отрасли необходимы кооперация и диалог лазерных и оптических компаний.

Таким образом, можно сказать, что развитие отрасли «фотоника» очень заторможено, не хватает разумного финансирования и поддержки, что, безусловно, негативно сказывается и на выставках, посвященных данной тематике.

Источники:

К. Кинкэйд, С. Дж. Андерсен. Лазерный рынок в 2007 году // LFW, США

Проблемы стандартизации и сертификации в лазерно-оптической отрасли // Лазер-Информ. – №4 (379). – Февраль 2008

http://www.subcontract.ru/Docum/DocumShow_DocumID_111.html

Предоставлено Лазерной ассоциацией