激光二极管继续光芒四射

激光二极管(LD)在20世纪90年代的主要市场是光纤通信的光源和数据存储的光读写头，高级的光纤宽带光源模块售价达1千美元，而CD盘只读光头售价只10美元。随着全球光纤网络的全面铺开，加上网络资讯股市炒作的推波助澜，宽带激光光源供不应求，激光二极管市场空前繁荣。1999年激光二极管全球销售额只30亿美元，2000年猛涨到66亿美元，达到空前的最高点，但好景不长，随着网络股市泡沫的蒸发，激光二极管2001年的全球销售额一落千丈，惨跌到28.5亿美元，跌幅达到57%，远远超过全球半导体市场的24%平均负增长率。激光二极管市场2002年继续下泻，年销售额再跌到24亿美元，跌幅约16%，至此，激光二极管的拳头产品不再是通信用产品，而转为光存储用产品。电脑用只读DVD驱动器、DVD刻读机和播放机市场的开拓，使激光二极管市场探底后在2003年终于止跌回升，全球销售额增长到31亿美元，增幅为18%。激光二极管业总算走出阴影，年销售额恢复到1999年的水平，所谓“进一步退两步”，至于重攀2000年的最高点，恐怕再要努力四年左右。

 

激光二极管的全球市场

自2000年激光二极管业在光纤通信器件的带动下创造市场最高点，在全球销售额66亿美元中就有50亿美元，相当占有率是75%，随着2001和2002年激光二极管市场的连续下挫，光纤通信器件亦大幅度收缩，分别减小到17.2亿和6.65亿美元，占有率分别只有60%和28%。数字表明，激光通信器件不再是激光二极管市场的拳头产品，光数字存储器件开始走俏，激光二极管市场结构发生变化，各类DVD读写头和CD读写头使用的激光二极管变成主流产品，走向更大众化的市场而摆脱困境。如果激光二极管业没有及时调整产品市场结构，等待光纤通信市场的复苏再次启动激光通信器件，则业界的损失更为惨重。2002年2003年激光二极管的市场动向如表1所示，2003年的市场分类见图1(左)。

图1  激光二极管的应用市场分布(左)和波长划分的市场分布(右)

根据市场分析公司Strategies Unlimited的预测，2004年全球激光二极管市场将达到34亿美元，比2003年增长10%，恢复到1996至2003年期间内的年平均增长率10%的历史水平。以下按图1的市场分类对各类应用作一说明：

数字存储——数字存储用的激光器件从2002年开始在销售额超过光纤通用的激光器件，而且占有率达到60%左右，这是由于DVD市场兴旺带来的机遇。具体数字是这类器件销售额从14.2亿美元以增幅31%达到18.60亿美元，其中780nm波长的激光器件仍然占有最大份额，销售额为10.5亿美元，因为CD驱动器市场最普及，650nm波长的激光器销售额为8.1亿美元，这类激光器件单价较高，虽然DVD播放机价格下跌，但是PC用的DVD刻录机驱动器销售量猛增，使数字存储类激光二极管保持快速增长。预测2004年影视用DVD播放机和PC用DVD刻录机仍有很大成长空间，加上更短波长405nm蓝光激光二极管开发成功，使DVD向更高密度的HD-DVD发展，405nm波长的激光器件和HD-DVD将会陆续从2005年面市。2004年780nm波长的激光器件会保持10.5亿美元销售额，而650nm波长的激光器件会达到9.5亿美元，到2005年之后，650nm波长的激光器件销售将超过780nm波长的激光器件。

光纤通信—光纤通信类的激光二极管在2003年的销售额略有回升，但是占有率继续下降，保持25%的分额，这种情况正好反映“黑”的光纤逐渐“亮”起来。全球还有40多家激光器件供应商生产光纤通信用的激光光源和放大器，激光二极管光源在2003年的销售有所增加，作为光放大器泵源的激光二极管(波长980nm和1480nm)销售额超过1亿美元，业界还在打折扣推销，这种情况可望在2004年得到改善。光纤通信的局域网和存储局域网(SAN)用的激光收发器(波长850nm和1310nm)销售主要受企业节约开支的影响，它们的销售回温显然要比光纤广域网和城际网用的激光器件回温来得早。

固态激光二极管原浦(SSLP)—作为激光二极管的大功率应用，受经济环境影响较少，2003年还有7%的增长，销售额1.24亿美元，预测2004年增长率将有14%。

激光印刷—激光二极管作为曝光光源已从830nm的激光阵列发展到紫外光的40mW单管，使曝光时间更快和分辨率更高，2003年销售额是0.62亿美元，占总销售额的2%。预计2004年增长率达到7%。

医疗应用—这是近年发展较快的应用领域，主要作为检查用光纤光源和可持式医疗仪，例如2003年激光脱毛器畅销，医用激光二极管2003年的销售额与激光印刷情况相同。

 

激光二极管进入蓝光

从20世纪80年代问世的CD光盘，一直使用波长780nm的红光激光二极管，90年代后期出现容量更大和传输速度更高的DVD光盘，使用波长较短的650nm红光激光二极管，21世纪10年代初波长405nm的蓝光激光二极管取得批量生产的突破，高分辨率DVD开始进入数据存储市场。HD-DVD光盘的问世，将在影视数据记录媒体市场占有更大份额，加上在电脑数据记录的应用，激光二极管业必然有更大的发展。

蓝光激光二极管的波长处在390至490nm之间，应用范围很广泛，除数据存储之外，包括印刷、医疗、仪器等都有使用价值，它是高分辨率DVD的最重要光电元件，但研发和生产工艺遇到的困难也比红光激光二极管要多。首先是红光器件的Ⅲ-Ⅴ族GaAs材料不适用，直至美国3M公司在1991年成功地用Ⅱ-Ⅵ族ZnSe材料制成蓝光激光二极管，波长490nm的实验样品需用高电压驱动，寿命又短，加上ZnSe晶体比较脆弱，无法转化成批量生产的蓝光器件。1995年日本日亚化学公司从GaN材料着手制成真正可用的蓝光激光二极管，直至今天，日亚化学仍然拥有最多的蓝光器件的专利，从此激光二极管业打开蓝光器件之门，GaN材料也不断取得新进展，主要表现如下：

霸诠馐©据存储使用最多的蓝光激光二极管是GaN器件，SHG蓝光激光二极管多用在激光印刷、医疗仪器等应用领域。

m光盘刻录50G的数据，只有采用蓝光激光二极管作为读写光源(目前EVD暂用红光)。因此，光数据存储的应用将有更大的发展空间。

 

波长划分激光二极管市场

波长划分激光二极管市场是另一种统计方法，Strategies Unlimited提供的数据如图1(右)所示。从图中可见：

750-980nm波段占有率为44%，其中38%是AlGaAs/GaAs材料制成的输出功率＜100mW的器件，主要用在各类CD光盘驱动器作为激光光头。输出功率100mW-10W和10W以上的器件各占3%，前者用作中功率固态激光器的泵浦源，后者用作大功率固态激光器的泵浦源，固态激光器的应用是很广泛的，包括材料加工、医学治疗仪、数字印刷、激光照明光源、舞台灯光等。700nm以下波段占有率为29%，波长650nm的以GaAs材料为基础的红光激光二极管是各类DVD光数据存储的光源，波长405nm的以GaN材料为基础的蓝光激光二极管是各类HD-DVD光数据存储的光源。在390-670nm波段输出功率100mW以上的激光二极管还用于激光打印、固态激光器泵浦源和医疗仪器。980-1500nm波段占有率为25%，主要是AlGaInAs材料和InGaAsP材料的器件，100mW级的用于短距离光纤通信，1W级以上的用于长距离光纤通信。其中VCSEL(垂直腔表面发射激光器)由于共振腔短和侧面发射的光束呈圆形对称，容易与光纤耦合，波长1500nm以下的产品陆续面市，由于性价比较高，可在各种局域网作为1-10Gb数据传输光源。

堆叠激光二极管占有率为2%，多个激光二极管堆叠可构成大功率激光源，制作方法之一是使用带状结构制成多模态激光二极管，再集成单个大功率激光源，制作方法之一是多个激光二极管构成阵列，各输出经光纤耦合形成单光束输出，获得10W以上的输出功率。

 

 

结语

2004年是激光二极管市场的真正转折点，重新进入另一轮增长周期，重要标志是光数据存储兴旺，蓝光器件批量生产促进HD-DVD的实现，激光二极管市场有如它的光谱那样继续光茫四射。