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                       光纤传感器市场分析
光纤传感技术是20世纪70年代末兴起的技术领域。因其一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点,以及几乎在各个领域的研究与应用,成为全球热点,其基本的工作原理是基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化,成为被调制的信号源,再经过光纤送入光解调器,经解调后,获得被测参数。其被广泛用于医疗、电力、工业、民用基础设施、陀螺仪、油气和军事等领域。
从技术来看,基于布拉格光栅的分布式光纤传感器和基于拉曼散射的分布式光纤传感器从2006年开始,在整个分布式光纤传感类别中所占比例逐渐扩大,增长速度远超其他技术类别的光纤传感器。
从应用来看,分布式光纤传感市场应用以油气为主,包括油气管道、油气井下和油气抗震的应用,占了整体应用的46%。2015年的明显下降,则是由于当年油价下跌导致光纤铺设量随之下降所致。
现在,商场上使用最广的光纤传感器有4种,分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。
光纤陀螺有干与型、谐振型和布里渊型三种类型,干与型光纤陀螺是技能上很老练的第一代商品化阶段,谐振光纤陀螺是处于实验室研讨阶段的第二代,布里渊型光纤陀螺是在理论研讨阶段的第三代光纤陀螺传感器。
   光纤水听器是在光纤、光电子技能基础上的一种水下声响信号传感器,这种传感器经过高度活络的光纤相干检测,把水中的声响信号转换成光信号,再经过光纤传到信号处理系统转换为声响信号,这种传感器按原理能够分为干与型、强度型、光栅型等类型。
   光纤光栅传感器产品包含应变传感器、温度传感器和压力传感器,其间光纤bragg光栅传感器是这几年的研讨热门,它们大部分归于光强型和干与型,而且各有利弊。
光纤电流传感器首要使用于电力范畴,它能很好地防止一些因为电力过强而引发的事端。
未来十年市场预测
2012年时,ElectroniCast曾预测2011-2016年间,光纤传感器市场将以20.5%年均增长率增长,从13.4亿美元增长到33.9亿美元。

2011-2016年间光纤传感器全球市场预测
2017年5月, ElectroniCast发布最新的全球光纤传感器市场预测(2016-2026年)。报告称2016年全球光纤传感器(包括点式和分布式)消费值达到33.8亿美元(折合约221.32亿人民币),2026年这一数值将达到59.8亿美元(折合约391.57亿人民币)。

2016年美洲和EMEA(欧洲、中东和非洲)地区的光纤传感器需求量平分秋色,EMEA地区略高一点。然而,未来十年,亚太地区将超过美洲和EMEA地区,成为光纤传感器主要的应用市场。
从技术来看,分布式光纤传感系统在EMEA地区应用发展较好,这主要是基于该地区在航空航天和油气、石化等能源领域的需求驱动。点式光纤传感器方面,美国至少在未来五年内保持在该领域中的领先地位,这主要是受到在军事和航空航天领域中光纤陀螺仪的应用驱使。
2016年,光纤陀螺仪占全球光纤传感器市场份额的65%。ElectroniCast Consultants的分析师Stephen Montgomery说:“所有地区中,光纤传感器在的航空航天的应用都有所增长,军事应用中(例如无人机、导弹制导、导航、跟踪、机器人及航空飞行术等)光纤陀螺仪的增长将会令人印象深刻。”
  未来十年绝大部分机械传感器将被光纤传感器取代,如果民用市场爆发估计能达到千亿元。
                                                          


                    激光雷达
激光雷达是自动驾驶领域不可逾越的技术,各个车企也都看好激光雷达在无人驾驶汽车的应用前景。近日,据外媒报道,沃尔沃投资了激光雷达创业公司Luminar,Luminar的激光雷达技术可以识别超过250米的距离,识别范围可以达到120度,处于行业领先水平。在激光雷达行业内,领先公司有Velodyne、Quanergy,国内有北科天绘、禾赛科技、思岚科技等,自动驾驶的火爆让激光雷达市场竞争加剧。 
                                        
                               
                                                光纤激光器:全球寡头垄断,国产龙头待崛起
激光器诞生于1960年,目前光纤技术是前沿课题。
1917年爱因斯坦提出光与物质相互作用技术理论,指出存在受激辐射的光放大现象。1960年美国科学家梅曼宣布世界上第一台激光器诞生,从此激光开始引入实用领域。
1962年半导体二极管激光器被前苏联科学家尼古拉-巴索夫发明,此后逐渐成为目前小型商用激光器的支柱。1970年后康宁公司开发出低衰减光纤,光纤激光器逐步进入商用化。
激光器主要可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器四大类,主要应用于工业、医疗、电新等领域。光纤激光器作为目前最为活跃的光源器件,是研究的热点技术之一。
光纤激光器于1970年后进入商用化,稀土掺杂双包层石英光纤是关键技术之一。掺杂光纤的发展起源于光纤激光器的研究,1963-1964年光纤激光器和放大器概念被提出,受限于功率损耗直到1970年康宁公司开发出衰减小于20dB/km的光纤才使得光纤激光器逐步商用化;
上个世纪80年代末出现稀土掺杂双包层石英光纤技术,成为了高功率光纤激光研究的关键技术之一;为解决传统单模缺陷,大模场面积双包层有源光纤成为目前有源光纤研制的热点。
目前,稀土掺杂双包层晶体光纤(PCF)的出现突破了稀土掺杂双包层石英光纤工艺极限,为光纤研究带来了新的可能和机遇。
光纤激光性能优势明显,在工业激光器的市场份额呈增长趋势。
相对于其他激光器,光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广等特点,广泛应用于雕刻/打标、切割/钻孔、熔覆/焊接、表面处理等加工处理环节。
根据IndustrialLaserSolutions的数据显示,2017年光纤激光器行业市场规模超过20亿美元,在全球工业激光器市场中占比达到42.7%
由于光纤激光、直接半导体激光和碟片激光等新型激光技术的出现及普及,近两年来CO2激光器的应用市场不断萎缩,市场占比在逐年减小,2017年,CO2激光器在全球工业激光器市场中占比20.2%。半导体激光器和固体激光器市场占比分别为19.5%18%
根据2018激光产业发展报告显示,Trumpf公司等光纤激光器生产商设立在欧洲,Trumpf2017年营收36.2亿美元,同比增长11.30%,领跑所有激光产业龙头公司。
美国是第一个将光纤激光器用于制造业和进行高功率激光应用的国家,全球知名的大型光纤激光器生产商,如IPGCoherentnLight等公司总部都设立在美国,CoherentIPG2017年营收分别为17.2亿美元和14.09亿美元,分别同比增长101%40.02%
激光器市场集中度逐渐提升,IPG、相干与通快处于行业领先地位。
激光器市场集中度缓慢提升,龙头公司市场支配能力强,根据OFWeek激光网及BloombergWind的数据整理,2017IPGCoheren(t相干)Trump(f通快)公司市占率合计约为41.84%IPGCoherent(相干)Trumpf(通快)II-VI和锐科激光合计市占率约为46.32%
IPG凭借在光纤激光器中的技术优势保持市场领先地位,在高功率光纤激光器产品中具有较大竞争优势。
Coherent公司产品覆盖广,2016年收购Rofin后进入高功率光纤激光器领域,目前主要产品涉及二氧化碳激光器、光纤激光器和半导体激光器等主流激光器产品。
Trumpf(通快)公司是工业用激光器及激光系统领域的全球领导者,公司总部位于德国,该公司2008年收购世界领先的光纤激光器厂商英国SPI公司。
IPG公司覆盖范围最全面,中国本土企业在产品线上仍有差距。
IPG公司光纤激光器产品覆盖范围最全面且产品系列多样化,包含脉冲激光器(皮秒&飞秒激光器、纳秒激光器)、准连续激光器和连续激光器等。
Coherent相干公司在合并Rofin公司后产品系列拓宽,HlighLightFL/DL系列产品线覆盖低中高功率连续激光器与纳秒激光器。nLight恩耐公司主要光纤激光器产品系列为CFL,可提供500W8000W输出功率。
中国本土企业锐科激光与创鑫激光产品主要涉及纳秒激光器、准连续激光器和连续激光器,多模组最大输出功率可达12kW
国外公司完成全面垂直整合,高毛利率为龙头特征。国外激光器龙头IPG、相干(Coherent)实施全面的垂直整合策略,设计制造所有关键部件能够实现产品低成本和性能高稳定性,从而获得稳定高毛利率。
国内激光器厂商已掌握大部分元件制造技术,但光纤介质、高功率激光芯片和高功率光纤光栅核心元器件仍依赖进口。目前国内激光器龙头公司锐科激光毛利率水平较高,核心元器件若进一步国产化可以为国内厂商业绩提供充足支撑。
主要激光器厂商进行重组并购活动更多地是实现业务层面上的补充和拓展,20163月相干收购罗芬公司进军高功率光纤激光领域,2017年包括美国Teradiode,、大通激光、瑞士Onefive,、英国Powerlase等从事激光器的公司均被收购。
通过重组活动,大企业正逐步完善业务布局增强竞争力,争夺更多的市场份额。与此同时激光行业新应用不断出现,中小企业从细分市场中获得生存空间。
国内光纤激光器行业:核心技术差距仍在,国产化进程加速
中国激光产业进入快速发展期,2018年激光器及激光设备市场销售额有望突破600亿元。
受益于消费电子、新能源、PCB电路板等加工设备的需求旺盛,在经过2016年增速放缓后,激光成套加工设备市场迎来全面快速增长。
根据《2018中国激光产业发展报告》的统计与分析,2017年全行业的销售收入增长超过25%,几家龙头企业的收入增幅突破40%2017年中国工业激光器及激光设备市场销售总收入达到495亿元,同比增长28.6%2018年销售额有望突破600亿元。
国内光纤激光器企业起步较晚,锐科激光在国产厂商中市场份额领先,创鑫激光紧随其后。
2007年开始,以锐科激光为代表的国内企业逐步实现了从低功率到高功率的光纤激光器的产业化,但主要销售产品集中在价格和附加值较低的中低功率领域,高功率光纤激光器产品仍以国外公司产品为主。
目前,光纤激光器主要生产企业有锐科激光,创鑫激光,杰普特光电等。锐科激光及创鑫激光相对规模较大,根据中国激光杂志社的数据显示,2016年锐科和创鑫分别占据市场份额的12.10%10.30%,为国内厂商相对龙头。杰普特凭借MOPA激光器巩固了自己的行业地位,联品激光与中科光汇发展迅速。
根据中国光博会的报道,中科光汇在连续激光器方面已有6KW的产品。其它品牌包括上海飞博、武汉安扬、国神光电、46所、东方锐镭、欧泰激光等都有一定发展。
国内光纤激光器行业步入快速发展阶段,逐步实现由依赖进口到进口替代到出口的转变。
我国光纤激光器行业处于快速成长阶段,据中国产业信息网,从光纤激光器国内的渗透率情况看,2016年低功率光纤激光器市场中国产设备市场份额高达85%,已占领大部分市场。
中功率光纤激光器国产化率快速提升,国产激光器渗透率从2013年的17%提升至2016年的58%。高功率光纤激光器的国产化进程也在逐步推进,从2013年到2016年间从无到有,达到了7%的渗透率。
国内龙头厂商进入市场,倒逼海外光纤激光器厂商降价。
在光纤激光器实现国产化之前,我国光纤激光器基本依赖进口,价格昂贵,供货周期长。由于国内厂商的技术研发和不断突破,我国国产激光器的渗透率不断上升,尤其在2016年小功率光纤激光器已达到85%的国产化率。
国产光纤激光器的成本优势传导至价格优势,打破了海外激光器的垄断地位,使海外光纤激光厂商被迫降价。
根据中国产业信息网的统计,以进口的IPG光纤激光器为例,20164月份,光纤激光器在国内的售价已明显低于2012年时的售价,以一台进口的10W脉冲激光器为例,此前每台价格约为7~8万元,现在跌至3万元左右。
北美的光纤激光器技术领先,欧洲的技术紧随其后。



                                                                        光纤激光是什么

光纤激光是通过放大光纤内特定波长的光,从而实现小体积、高效率、高信赖性、高光束品质以及高输出的所有要求的理想型激光。


       1.光纤激光的增幅用光纤的构造

光纤激光是以光纤为增幅媒介的固体激光的一种。处于光纤中心的纤芯中添加了稀土类元素Yb(镱)。中心部的折射率最高。该添加了Yb的纤芯中会通过1.1μm的激光和励起光。其外侧第一镀层通过励起光。外侧还有第二镀层。镀层是双重的,因此被成为双镀层光纤。

2.双镀层光纤的光束传输

双镀层光纤的构造和光束传输的光强度分布。励起光在第二镀层进行全反射(*注),而在Yb添加纤芯和第一镀层中传输。激光在第一镀层全反射,而在Yb添加纤芯中通过。励起光 每次通过Yb添加纤芯,Yb就被励起。(*注 全反射:入射光不透过界面,在界面上全部被反射的现象。)

        3.高输出光纤激光的光路基本构成

高输出光纤激光的光路基本构成。光路主要分为①励起部、②共振器部、③光束传输部三个部分。

01

①励起部是用光纤把励起用半导体激光(LD)发出的激光传输给励起光合束器。励起光合束器把来自多个LD的励起光集结到一根光纤中。

02

②共振器部把来自励起光合束器的励起光传输给图2说明过的双镀层光纤(增强用光纤)。励起光励起Yb,用FBG Fiber Bragg Grating)进行增幅。FBG有高反射率镜片和低反射率镜片,激光从低反射率镜片上发振。

03

③光束传输部三个部分是把②共振器部发出的激光和加工头或者光耦进行连接的光纤。

         4.光纤激光的高输出化

传输光纤在输出光结合部(输出光合束器)进行多根结合,实现高输出化。例如把41kW结合后成为4kW,把61kW结合后成为6kW

5.光纤激光的特长

和以往的固体激光相比,光纤激光有很多特长。

因为是从光纤输出,光束的品质很高(卓越的集光性),在光纤内可以高效率的放大,因此光纤激光不但小巧轻便,电-光转换效率也很高(方便设置,消费电力低),使用高输出高信赖性的半导体激光作为励起光源,同时实现光纤激光的高输出和高信赖性(长寿命),全部由光纤组成,没有镜片类,因此不用担心沾灰尘和光轴偏,不需要频繁的维护(维护性高)。由于以上的特长,光纤激光在打标、精细加工、焊接、切割、计测等多种行业正在急速普及。









  

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