Содержание[Свернуть] |
2024
Рост объема мирового рынка полупроводниковых лазеров на 6% до $8,83 млрд
В 2024 году затраты на глобальном рынке полупроводниковых лазеров достигли $8,83 млрд. Показатель предыдущего года, когда расходы в данной сфере оценивались в $8,32 млрд, превышен примерно на 6%. Об этом говорится в исследовании Fortune Business Insights, результаты которого обнародованы 6 января 2025 года.
Полупроводниковый лазер — твердотельное устройство, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник. Примером может служить лазерный диод — изделие на основе полупроводникового p-n-перехода: в таком лазере излучение происходит за счет рекомбинации электронов и дырок. Основные преимущества полупроводниковых лазеров — высокий КПД, малая инерционность и простота конструкции. Такие устройства широко применяются в различных сферах.
В отчете говорится, что оптические технологии становятся неотъемлемой частью современных систем связи благодаря своей способности обеспечивать высокие скорости передачи данных на больших расстояниях и повышенную эффективность. Развитие облачных сервисов, платформ искусственного интеллекта и интернета вещей (IoT) приводит к необходимости обработки и передачи огромных массивов информации, что повышает потребность в каналах связи с высокой пропускной способностью. На этом фоне растет спрос на полупроводниковые лазеры.
Еще одним значимым драйвером отрасли является развитие сегмента роботизированных автомобилей. В таких транспортных средствах широко применяются лидары — лазерные локаторы. Они используются для формирования сложных карт окружающего пространства, что позволяет робомобилям ориентироваться на местности, выбирать оптимальную траекторию движения, избегать столкновений с другими машинами и различными объектами.
Глобальный рынок полупроводниковых лазеров находится в фазе значительного роста, обусловленного внедрением передовых технологий в потребительской электронике и автомобилестроении, — отмечают авторы исследования. |
Полупроводниковые лазеры востребованы в различных сферах, в число которых входят медицина и косметология, аэрокосмическая, оборонная и военная промышленность, обработка материалов, коммуникации и оптические накопители, развлечения и пр. В 2023 году обработка материалов обеспечила наибольшую долю выручки на рассматриваемом рынке: интеграция лазеров в производственные процессы повышает эффективность и позволяет осуществлять операции, которые ранее были недостижимы при использовании традиционных методов. Значимыми игроками глобальной отрасли названы:
- ams-Osram AG;
- Excelitas Technologies;
- Coherent;
- RPMC Lasers;
- Focuslight Technologies;
- Mitsubishi Electric;
- Sheaumann Laser;
- Sacher Lasertechnik GmbH;
- IPG Photonics Corporation;
- Rohm;
- Sharp Fukuyama Laser;
- Trumpf;
- Jenoptik;
- Hamamatsu Photonics K.K.;
- Nichia;
- Frankfurt Laser Company;
- Toptica Photonics AG;
- Alpes Lasers;
- Micro Laser Systems;
- Thorlabs;
- Eblana Photonics.
В географическом плане в 2023 году лидировал Азиатско-Тихоокеанский регион, обеспечивший $3,16 млрд выручки. Здесь наблюдается высокий спрос на полупроводниковые лазеры в автомобильной промышленности, в сфере потребительской электроники и в области связи. Значительный вклад в общий объем отрасли вносят Северная Америка и Европа.Иван Ворона, X5 Group: Надежная система риск-менеджмента — стабильность бизнеса в любых условиях
Аналитики Fortune Business Insights полагают, что в дальнейшем среднегодовой темп роста в сложных процентах (показатель CAGR) на рассматриваемом рынке составит 7,8%. В результате, к 2032 году затраты в глобальном масштабе могут увеличиться до $16,1 млрд.[1]
В России создали лазерные излучатели на основе полупроводниковых наноструктур
Сотрудник НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех разработал технологию получения полупроводниковых наноструктур, а также создал на их основе мощные лазерные излучатели нового поколения. Об этом TAdviser 19 февраля 2024 года сообщили представители «Швабе». Результаты научной работы могут быть применены при производстве медицинского оборудования, беспилотного транспорта, лидар-систем и других приборов. Подробнее здесь.
2020: В МФТИ решили проблему генерации лазерного излучения дальнего инфракрасного диапазона в полупроводниковых структурах
30 января 2020 года стало известно, что физикам из Московского физико-технического института и Института физики микроструктур РАН удалось решить проблему генерации лазерного излучения дальнего инфракрасного диапазона в полупроводниковых структурах. Ключом к ее решению было использование квантовых ям теллурида кадмия-ртути. Эти соединения были давно известны в фотонике и электронике, однако их ключевая особенность для лазерных приложений оставалась нераскрытой. Работа опубликована в журнале ACS Photonics.
В полупроводниковом диодном лазере излучение возникает при взаимном уничтожении электронов проводимости и дырок — вакантных мест на заполненных электронных орбиталях. Этот процесс называется излучательной рекомбинацией. Однако излучение света при рекомбинации электрона и дырки не является единственно возможным исходом. Наряду с испусканием фотона высвобождающаяся энергия может уйти на раскачку колебаний решетки кристалла. Но наиболее критическим процессом рекомбинации является такой, где энергия электрон-дырочной пары тут же уходит на нагрев других электронов, вместо полезной генерации света. Такой процесс «растраты» электрон-дырочных пар в тепло называют оже-рекомбинацией — в честь французского физика Пьера Оже, впервые изучившего этот эффект.
Скорость губительного оже-процесса драматически возрастает в полупроводниках с малым энергетическим расстоянием между уровнями электронов и дырок (говоря научными терминами, с малой шириной запрещенной зоны). Можно сказать, чем ближе друг к другу электрон и дырка (по шкале энергий), тем сильнее их желание ко взаимной аннигиляции с выделением тепла. Однако полупроводники именно с малой шириной запрещенной зоны требуются для создания лазеров дальнего инфракрасного диапазона, излучающих на длинах волн в десятки микрон. И именно эти лазеры востребованы в исследованиях биологических объектов и задачах газовой спектроскопии, отметили в МФТИ.
Усиление безызлучательной оже-рекомбинации и снижение эффективности полупроводникового лазера с ростом длины волны, однако, не являются законами природы, а следуют лишь из опыта. Нет фундаментального запрета на создание полупроводниковой структуры, излучающей в дальнем инфракрасном диапазоне и не подверженной оже-процессу. Более того, требования к спектру электронов и дырок, обеспечивающему полный запрет безызлучательной рекомбинации, известны с работ Поля Дирака об электронах и позитронах. А именно, электроны и дырки должны обладать одинаковой массой при малых энергиях и вести себя подобно безмассовым частицам — при больших. Но все попытки воплотить эти идеи в реальном материале терпели неудачу.
Исследователи из МФТИ и Института физики микроструктур РАН в Нижнем Новгороде обнаружили, что необходимыми для лазерных приложений свойствами электроны и дырки обладают в квантовых ямах теллурида кадмия-ртути. Этот материал имеет долгую историю: он уже более полувека используется для создания тепловизоров, а около десяти лет назад он вызвал бум в топологической физике из-за особых свойств электронов на его краях.
«Долгое время лазерные перспективы теллурида кадмия-ртути не вызывали большого энтузиазма, а на «дираковскую» форму электрон-дырочного спектра никто не обращал внимания. Физики-лазерщики ХХ века работали с широкими квантовыми ямами с большим содержанием кадмия — это далеко не оптимальный состав, по нашим расчетам, — поэтому желаемое явление не было открыто. Когда технология XXI века позволила выращивать узкие квантовые ямы, то область заполнили физики-топологи, внимание которых было приковано к краевым электронам. То, что творится в плоскости ямы, а не на ее краю, оставалось без должного внимания. И лишь нашей группе удалось обнаружить желаемое подавление оже-рекомбинации в узких квантовых ямах», отметил Дмитрий Свинцов, соавтор исследования, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ |
По данным на январь 2020 года эксперименты на квантовых ямах теллурида ртути, выращенных в Институте физики полупроводников РАН (г. Новосибирск), уже подтвердили возможность лазерной генерации с длиной волны до 20 микрон. А выполненные в работе расчеты «остаточных» рекомбинационных процессов показывают, что это не предел, и длину волны излучения можно повысить до 50 микрон. Диапазон длин волн от 30 до 50 микрон является наиболее «запретным» для существующих полупроводниковых лазеров на основе элементов III и V групп таблицы Менделеева из-за сильного самопоглощения. Но и этот негативный эффект — как и оже-рекомбинация — сильно ослаблен в теллуриде ртути, на этот раз из-за большой массы атомов, составляющих кристаллическую решетку. Таким образом, у изучаемых квантовых ям есть все перспективы закрыть последние «белые пятна» на шкале электромагнитных излучений.
«Естественно, в сфере лазерной техники у квантовых ям теллурида ртути есть конкуренты. Наиболее серьезными являются квантовые каскадные лазеры на основе арсенида галлия. Они не используют электрон-дырочной рекомбинации, а основаны на исключительно электронных переходах. Такая «смена парадигмы» требует очень сложной конструкции лазера и, как следствие, огромной цены — один каскадный лазер стоит более 6 тысяч долларов. Теллурид ртути позволяет продлить работоспособность устоявшейся, предельно простой и дешевой конструкции лазерного диода вплоть до дальнего инфракрасного диапазона», отметил Дмитрий Свинцов, соавтор исследования, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ |
Смотрите также