2023年激光光子学行业八大预测

在过去的一年中，俄乌战争爆发，供应链因持续的新冠疫情影响陷入紧张局面……这些因素都为2022年平添了一丝严峻的色彩。幸而在2022年的最后一个月，激光聚变突破一跃成为了全球的头条新闻，并提高了人们对环保能源未来前景的希望。那激光行业本身发展得如何呢？

从一些代表性的行业企业的表现中，激光行业的发展状况也可见一斑：德国私人控股激光巨头通快（TRUMPF）集团公布，在截至6月份的财年中，其收入强劲增长了20％。通快的订单也大幅增长了42％。总部位于美国的Coherent（已与II－VI合并）也在其年度报告中披露，其收入增长了7％，预订量增长了29％。

以下是通过回顾一年中的重大事件和关键趋势，得出的2023年光子学产业八大预测：

预测一：工业激光市场扩大

在最近与激光市场分析师Arnold Mayer博士的谈话中，他分享了一些关于激光行业的前景预测，其中工业激光系统是非常关键的一个部分。

Arnold Mayer表示：“我预计全球工业激光系统市场在2022年将达到220亿美元，与2021年持平。尽管美洲的需求呈现强劲增长，但全球最大的工业激光市场——中国的需求有所下降。欧洲市场的需求有所增长（以当地货币计价），但由于汇率大幅变化，该区域市场的美元价值并未增加。”

当被问及对明年的看法时，Arnold Mayer预测2023年工业激光市场的增长率将在5％－10％之间。由于中国市场趋势的不确定性，目前对该市场进行预测不太可靠。

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全球工业激光市场的最大份额。

预测二：半导体晶圆制造新工厂层出不穷

随着美国《芯片与科学法案》（U．S． CHIPS and Science Act）的通过，许多新的半导体工厂正陆续纳入投建——由于美国国会拨款520亿美元支持其国内芯片行业，这一趋势可能会持续数年。仅台积电一家就将在美国的芯片设施上投资400亿美元。英特尔（Intel）、GlobalFoundries、三星（Samsung）、德州仪器（Texas Instruments）等公司也纷纷表示，计划在美国建立自己的晶圆厂，投资规模已超过2000亿美元。

光学供应商蔡司（Zeiss）则建造了一个车库大小的真空室，用于测量ASML的高NA EUV光刻机内部的光学系统。

其他地方的势头也在增强。路透社最近报道称，中国政府正在准备1万亿元人民币（1430亿美元）的一揽子计划来促进本国半导体产业的发展，欧洲也有自己的《芯片法案》（CHIPS Act），只是力度要小一些。

在德国市场，英特尔宣布计划在柏林以西两小时车程的德国Magdeburg建立一个巨大的芯片制造工厂，德国政府已经为该项目拨款68亿欧元。

所有这些努力都将有助于以芯片行业为目标的光子资本设备的长期增长。

这能满足目前的市场需求吗？科技巨头阿斯麦公司（ASML）的首席执行官Peter Wennink在今年的投资者日上分享了一些有趣的事实。其中，他预计半导体市场的年增长率将达到9％左右，并在2020年至2030年期间半导体收入将翻一番。

预测三：遵循摩尔定律

科技方面也传来了好消息——极紫外（EUV）光刻技术是近年来光刻技术的发展方向。如何在芯片上实现更小的结构？现在已经有了答案：具有更大数值孔径（NA）的EUV。不少人一直想知道设备制造商能做些什么来扩展或取代EUV，从而在芯片上生产更小的功能——答案是具有更高数值孔径（NA）的EUV。简而言之，较高的数值孔径意味着更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。但按照ASML的说法，这项技术至少会持续到2030年。

预测四：供应链问题得到缓解

在过去的两年里，供应链问题严重阻碍了激光系统和其他光子制造设备和最终产品的生产。

有激光供应商就表示，由于他们无法获得新一代产品的所有部件，他的公司不得不推广一个旧系统。

这些评论可能反映了许多业内人士对供应链中断的看法。风险仍在继续，但仍有希望。

预测五：招聘合适人才是个挑战

不过，保持乐观当然不能解决困扰光子学行业的另一个问题：找到合格的员工。

总部位于柏林的Scansonic MI GmbH最近有几名员工跳槽到附近的特斯拉工厂，据该公司董事总经理Axel Luft表示，该公司已经求助于私人联系人或猎头来填补这一空缺。

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

在美国，填补光子学工作岗位的挑战有点不同，Meta和英特尔等大型科技公司今年宣布了大规模裁员。

裁员带来的劳动力混乱局面很快就浮现出来现了，这让人感到困惑，Optica的高级行业顾问Tom Hausken表示：“就业数据仍然很好，整个经济领域仍然有空缺职位，包括我们这个行业。这应该意味着以前难以招人的雇主——比如许多小公司、大型军事承包商和政府实验室，最终将能够满足更多的需求。这既适用于量子技术等热门就业领域，也适用于更传统的光学和光子工程。”

预测六：激光核聚变

毫无疑问，激光核聚变成为了2022年浓墨重彩的一笔。在美国国家点火设施（NIF）取得丰硕成果的同时，光子学媒体正在密切跟踪着这一领域新的发展。

但另一方面，我们也可预见：十年内激光核聚变将不会成为一个商用技术。

预测七：激光通信

与2023年的光子学市场更直接相关的一个话题更大可能性是在：近地轨道卫星。下一代卫星星座将使用激光终端进行自由空间通信。从发射开始，这一趋势将为光子组件创造数亿美元的收入。每颗卫星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4个激光终端，共计1200个。

RIVADA的业务发展总监Thomas Laurent就指出：“激光终端可实现直接通信，不再需要地面网关。而且现在已经可以从多种渠道获得这些产品。”

在经过DARPA的评估后，美国空间发展局宣布，拥有数百颗卫星的国防空间架构也将使用光通信终端。如果其他卫星星座采用了这项新技术，这项技术可能会迅速发展成一个价值10亿美元的光子组件市场。发射到近地轨道的激光连接卫星网络，将在未来3年内为光学元件创造一个重要的新市场。

预测八：激光对抗部署加速

还有一个与国防相关的趋势：高能激光武器。激光发明后，人们对激光将成为继原子弹之后武器领域的最大突破寄予厚望，数百万美元的资金预算被分配。

50年后，激光在战场上更加活跃。例如，以色列拉斐尔先进防御系统公司提供7．5 kW LITE光束激光系统，以对抗距离达2公里的小型无人机。拉斐尔公司将其命名为使用100千瓦“铁束”（Iron Beam）的更大版本，类似于该公司的“铁穹”（Iron Dome）系统，该系统已经拦截了2500多枚火箭。

激光要在军事应用领域获得应用，每发激光的成本尽可能降至最低才是可行的。根据国外媒体发布的一段视频，“铁束”每发激光的成本为2美元，与“铁穹”拦截导弹每发5万美元的成本形成了鲜明对比。

同一段视频也揭示了其局限性：激光严重依赖于清晰的视线。任何雾、雨或雪都会使它失效。换句话说，这样的激光系统永远不会是一个独立的解决方案。

尽管如此，美国总统拜登已经承诺支持“铁穹”和“激穹”（Laser Dome）系统的发展。就在最近，美国武器制造商洛克希德·马丁公司与拉斐尔公司合作开发的一种激光武器系统，更是宣布将于2023年投入市场。可以看到，在激光发明60年后，这项技术在防御对抗中的部署终于要开始加速了。

注：本文编译自2022年12月发表于Photonics的Eight Predictions for the Photonics Industry in 2023，作者Andreas Thoss。