关于2023年光子学行业的一些预测

作者 | Andreas Thoss

编译 | Sueuel

Photonics的特约编辑Andreas Thoss，通过回顾一年中的重大事件和与行业中关键人物的交谈，发表了一些有趣的观点。在此编译出来，以飨读者。

2022年，国际形势动荡不安，战争、疫情，还有因长期新冠大流行而导致的供应链紧张，都让我们充满了焦虑。好在2022年快要接近尾声的时候，我们终于听到了一个好消息：美国NIF激光聚变装置首次点火成功。这一突破随即成为全球的头号新闻，并为绿色能源的未来前景带来了希望。

那么，激光产业如何呢？

德国通快集团截止2022年6月的年度财报数据显示，其年度收入强劲增长20%，订单量大幅增长了42%。美国的Coherent（前身为II-VI公司）在其年度报告中披露，收入增长了7%，订单量增长了29%。

工业激光市场缓慢增长

最近，激光市场分析师Arnold Maye博士分享了关于激光行业的前景。“我预计2022年全球工业激光系统市场将达到220亿美元，与2021年持平，虽然北美的需求呈现出强劲的增长，但全球最大的激光工业市场——中国的市场需求却有所下降。另外，以当地货币计算，欧洲的需求增长，但由于汇率的大幅变化，美元价值没有增加。”

Maye博士预测2023年工业激光市场的增长率在5%~10%。由于中国市场走势的不确定性比较大，该市场暂时无法预测。随着半导体行业对激光和光学系统的需求增加，预计切割和焊接将占据市场的最大份额。

半导体晶圆制造新工厂不断涌现

随着《美国芯片和科学法案》的通过，许多新的半导体晶圆厂开始投建。美国国会拨款520亿美元来支持其国内的芯片行业，所以这一现象可能会持续数年。据估计，仅台积电就计划在美国投资400亿美元新建3 nm晶圆厂。Intel、格芯、三星、德州仪器和其他公司也计划与美国的晶圆厂合作，投资热潮有望超过2000亿美元。

蔡司制造了一个车库大小的真空室，用于测量ASML高数值孔径（NA）EUV光刻机内使用的光学器件。图由蔡司SMT提供

其他地方的这种投资势头也在增强。中国正在准备半导体产业扶持计划，以提振本国半导体产业的发展；欧盟也在加紧力推欧版的芯片法案，旨在扶持本土芯片供应链，但是力度较小。英特尔宣布计划在距离柏林以西两小时车程的马格德堡（马格德堡），建造一个巨大的芯片制造工厂，德国政府已经为该项目拨款了68亿欧元。

所有这些措施都将有助于针对芯片行业的光子基建设备的长期增长。

这些能满足当前的市场需求吗？ASML的首席执行官Peter Wennink认为半导体市场年增长率约为9%，2020年至2030年间半导体市场收入将翻一番。

延续摩尔定律

技术方面也有好消息。极紫外（EUV）光刻技术已成为光刻技术的最新驱动力。我们一直在探索怎样才能在芯片上实现更小的结构。如今我们有了答案：具有更高数值孔径（NA）的EUV。

ASML计划从2023年上半年开始，提供从现有0.33 NA提高到0.55NA的新极紫外光刻设备。新设备可以将摩尔定律的寿命延长至少10年。这也是目前芯片制造商获得更小芯片结构的方式和途径。

简而言之，较高的数值孔径意味着较大的镜像将图案投射到芯片上，从而实现更小的结构。目前还没有看到有厂商发布其他可以超越EUV的新技术。按照ASML的说法，这项技术可至少持续到2030年。

产业供应链问题或将减少

在过去的两年中，供应链问题严重阻碍了激光领域和其他光子制造设备、终端设备的生产。

有的激光厂商不得不开始向市场推广自己的旧系统，只因他们无法获得新一代产品的所有零件。而有的厂商则希望供应链问题能和感冒一样在新一年里消失不见。

这些评论反映了业内人士对供应链中断的看法：风险仍在继续，但仍有希望的空间。

招聘到合适的光学人才是一项挑战

困扰目前光子学行业另一个问题是招聘，寻找合适的光学人。

总部位于柏林的激光焊接设备商Scansonic MI GmbH，最近在附近的特斯拉工厂流失了一些员工。据Scansonic MI GmbH董事兼总经理Axel Luft称，该公司已转向个人联系或猎头来填补职位空缺。

另一家德国公司TOPTICA Photonics在全球共有450名员工，它在其网站上列出了50个空缺职位。

在美国，填补光学工作岗位空缺的挑战略有不同，Meta和Intel等大型科技公司今年宣布大规模裁员。

Optica的高级行业顾问Tom Hausken提到，这些裁员造成的劳动力中断很快就出现了，而且令人困扰。“就业数据仍然很好，但包括激光行业在内的整个经济体中仍有很多空缺职位，这意味着之前很难招到人的公司——比如许多小公司、大型军事承包商和政府实验室，最终将能够招到合适的人。”这种说法可能更适用于量子技术等热门工作领域，以及更传统的光学和光子学工程。

激光聚变和激光空间通信

激光核聚变的突破性进展成为2022年值得回顾的很重要的一部分。

最近，美国能源部（DOE）和能源部国家核安全管理局（NNSA）宣布，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）实现了聚变点火，在公布的结果中，他们首次在可控核聚变实验中实现核聚变反应的净能量增益。科学家希望通过探索和利用核聚变产生的能力，实现“人造太阳”的目标，为地球提供近乎无限的清洁能源。光子学领域的媒体也都在关注该事件，但笔者并不认为聚变会有助于解决我们未来10年内面临的能源问题。

笔者认为，近地轨道卫星或许在2023年与光子学市场更为相关。使用激光终端进行自由空间通信的下一代卫星，将为光子元件创造数亿美元的收入。这些卫星中的每一颗都需要四个这样的终端，单价在六位数左右。

例如，RIVADA空间网络公司计划在2025年发射300颗卫星。它们都将携带四个激光终端，总共 1200 个。“激光终端直接通信，不再需要地面网关，现在可从多个渠道获得。”RIVADA业务发展总监Thomas Laurent说。

此前，美国航天发展署宣布，拥有数百颗卫星的国防空间架构也将使用光通信终端。如果其他卫星舰队采用这项新技术，这项技术可能会迅速发展成为一个价值数十亿美元的光子元件细分市场。

发射到近地轨道的激光链接卫星网络将在未来三年内为光学元件创造一个新的主要市场。图由RIVADA空间网络提供

激光武器部署加快

还有一个与国防相关的趋势是高能激光武器。在激光发明后，人们对激光将成为自原子弹以来武器领域最大的突破寄予厚望。拨款预算达到了百万美元。

50年后，激光在战场上更加活跃。例如，以色列公司拉斐尔先进防御系统（Rafael Advanced Defense Systems）提供7.5 kW的LITE光束激光系统，以对抗距离达2公里的小型无人机。拉斐尔还发布了100 kW的“Iron Beam”激光防空系统，该系统已经拦截了2500多枚火箭。该激光武器的销售成本很低，每一次激光发射的成本为2美元，与该公司“铁穹”系统拦截导弹的5万美元/枚形成鲜明对比。但该激光系统也有其局限性：激光严重依赖于清晰的视线，任何雾、雨或雪都会使其失效。换句话说：这样的激光系统只能作为辅助武器存在。

尽管如此，美国拜登总统仍承诺支持铁穹和激光穹顶系统。就在近期，美国武器制造商洛克希德马丁公司（ Lockheed Martin）宣布与拉斐尔合作开发一种激光武器系统，该系统可能在2023年上市。因此，在激光发明六十年后，该技术在防御对策中的部署终于有望加速。

参考文献：

https://www.photonics.com/Articles/Eight_Predictions_for_the_Photonics_Industry_in/p6/vo214/i1445/a68642