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我國非線性光學晶體行業現狀 多種技術全球領先 高性能產品將成趨勢

非線性光學晶體(NLO晶體),是指在強光作用下能產生非線性光學效應的晶體。非線性光學晶體是一種功能材料,其主要功能是對激光波長進行變頻,拓展激光器可調諧范圍。非線性光學晶體是激光器的關鍵材料之一,其產品種類多,且新型產品還在不斷研發問世。

我國非線性光學晶體主要產品種類

種類名稱

特點

鈮酸鋰晶體(LN晶體)

非線性較強,具有420nm5.2μm的寬透明范圍,并具有出色的非線性,電光和壓電特性,主要應用于>1μm波長的非線性頻率轉換以及電光調制器。

磷酸氧鈦鉀晶體(KTP晶體)

高非線性,高機械穩定性,高光學質量以及350nm-4.5μm的透明范圍,適合于周期性極化,摻釹激光器的中低功率倍頻,非線性OPO介質。

磷酸二氫鉀晶體(KDP晶體)

具有優異的紫外線透射率,高激光損傷閾值,非線性相對較低,可以大尺寸生長,高吸濕性,摻釹激光器的倍頻器,三倍頻器和四倍頻器鈦:藍寶石,翠綠寶石,釹摻雜激光器的Q開關。

鈮酸鉀晶體(KN晶體)

很高的非線性,透明范圍寬(0.4?5mm),不受光折射效應影響,電光學和非線性光學,激光二極管的光折變應用,近紅外中的動態全息和光學相位共軛光波導,光學二次諧波產生(SHG),倍頻器。

偏硼酸鋇晶體(BBO晶體)

具有較大的非線性系數,具有很高的光損傷閾值,從紫外到中紅外范圍內的非線性頻率轉換性能非常好。目前已被應用于將頻率倍頻到藍光頻域及鈦藍寶石激光的倍頻中。

三硼酸鋰晶體(LBO晶體)

是一種性能優良的非線性光學晶體,具有紫外透光性好,光學損傷閾值較高和非線性系數適中等特點。該晶體化學性能穩定,機械硬度高,不潮解,對于某些非線性光學加工極具吸引力。其雙折射小于BBO晶體,所以可有助于限制相位匹配的光譜范圍,但是也會在可見光和近紅外光的頻率轉換應用中導致產生非臨界相位匹配和大的接收角。

資料來源:觀研天下整理

激光的出現使得非線性光學效應有了實際應用的可能,終端應用方面,非線性光學晶體可以廣泛應用在光通信、光測距、激光加工、激光醫療、核聚變、軍工等領域。

1、技術水平:多種NLO晶體生長技術居國際先進水平

在全球范圍來看,當前美國、日本、中國等國家是非線性光學晶體主要生產國。

20世紀70年代,我國科學家在非線性光學晶體研究領域放棄跟蹤國外已有研究的做法,依據原創科學理論——陰離子基團理論開展自主探索。此后,在我國科學家們的不懈努力,我國非線性光學晶體研發創新能力不斷增強,并自主研發生產出多種新型非線性光學晶體。

行業技術水平來看,目前,我國在全球非線性光學晶體市場中具有較強競爭力,在部分產品領域甚至處于領先地位,特別是在可見、紫外波段非線性晶體的研究方面一直處于領先水平,受到世界矚目。

行業技術水平來看,目前,我國在全球非線性光學晶體市場中具有較強競爭力,在部分產品領域甚至處于領先地位,特別是在可見、紫外波段非線性晶體的研究方面一直處于領先水平,受到世界矚目。

資料來源:觀研天下整理

根據觀研報告網發布的《中國非線性光學晶體行業發展深度分析與投資前景研究報告(2022-2029年)》顯示,現階段,國外已有的所有晶體生長方法我國均有,且幾乎所有重要的非線性光學晶體都已生長出來。在我國非線性光學晶體行業技術水平大幅提升并且處在國際先進水平背景下,我國一些自主研發的重要晶體滿足了國內重大工程需求,同時,一批高技術晶體已成為商品,在國際上享有盛譽。如今我國研發的BBO晶體、LBO晶體等,基本都已實現規模化生產,且我國生產的非線性光學晶體除供應國內市場需求外,還大量出口到海外市場。

我國的非線性光學晶體不論是在學術研究還是產業化方面,都在國際上有著重要的影響。從全球非線性光學晶體市場來看,我國在BBO、LBO等小規模量產產品領域具有明顯競爭優勢。未來,隨著全球光通信、工業激光加工、儀器儀表等行業的快速發展,對高性能非線性光學晶體需求將不斷增長,因此預計我國的高技術非線性光學晶體出口市場將會不斷發展,助力行業產值不斷增加。

2、主要品牌:福晶科技為全球光學晶體龍頭企業

品牌來看,是我國非線性光學晶體行業主要品牌,同時其也是全球最大LBO、BBO非線性光學晶體生產商,被列為制造業單項冠軍,產品具備絕對的技術壁壘。

福晶科技憑借其其強大的研發生產實力,和產品的絕對技術優勢,成為了全球光學晶體龍頭企業。該公司擁有處于國際領先水平的晶體生長技術和達到國際先進水平的晶體加工技術,具有原料配方、晶體生長、冷加工、鍍膜及品質管理等各生產環節技術集成優勢。

福建福晶科技股份有限公司主要技術集成優勢情況

優勢方面

內容

晶體生長方面

本公司擁有獨有的原料組份配方、自行設計和制造的特有晶體生長設備、特有的生長工藝、優良的晶體質量控制等優勢,晶體生長技術處于全球領先水平。

在拋光技術方面

擁有國際先進的拋光工藝、檢測設備和一支專業的拋光技師隊伍,產品表面質量控制精度達到0.52nm,處于國內領先、國際先進水平。

在鍍膜方面

本公司擁有多臺世界先進水平的鍍膜機,自主開發

了鍍膜軟件、開發設計了許多滿足客戶應用要求的晶體表面膜系及制備工藝,以MIL-PRF-13830B標準為產品質量控制基礎標準,產品性能達到國際先進水平。

資料來源:該公司研報

公司營業收入方面,近年來,福晶科技的總營業收入逐年遞增,營業收入同比增速也呈增長態勢。2019年福晶科技總營業收入約為5億元,同比增速約為2.0%;到2021年其總營業收入增長至約6.9億元,同比增速更是高達26.0%。

公司營業收入方面,近年來,福晶科技的總營業收入逐年遞增,營業收入同比增速也呈增長態勢。2019年福晶科技總營業收入約為5億元,同比增速約為2.0%;到2021年其總營業收入增長至約6.9億元,同比增速更是高達26.0%。

資料來源:該公司研報

目前,福晶科技憑借其技術集成優勢等,已經成為不僅僅是是我國非線性光學晶體行業中的代表性企業,更是成為了全球知名的非線性光學晶體供應商。在全球非線性光學晶體市場上,近年來福晶科技的LBO和BBO等非線性光學晶體市占率穩居全球第一,預計2021年其LBO、BBO在全球市場中的份額占比將保持在80%左右。

非線性光學晶體材料是激光技術的主要物質基礎,是各國高新技術和現代軍事技術中不可缺少的關鍵材料。就當前全球形勢來看,在后疫情時代,國際經濟、政策等形勢較為嚴峻,各國都開始注重國家產業鏈安全問題,預計未來世界各大國將會加大對非線性光學晶體行業的技術投入與研發,美國、日本等國家的非線性光學晶體企業將會是我國福晶科技的“勁敵”,預計未來行業的競爭或將持續多寡頭競爭,且競爭將愈發激烈。

3、下游產業:激光、光通信等產業提供發展動力

非線性光學晶體材料可以用來進行激光頻率轉換,實現激光信號的全息存儲等。所以非線性光學晶體材料的下游產業包括激光、光電子、光通信等產業。非線性光學晶體行業與其下游產業聯系非常緊密,同時其受這些下游產業的發展和變化的影響非常大。

非線性光學晶體作為重要的光電信息功能材料之一,其發展程度與激光技術的發展密切相關,是激光技術的重要物質基礎。上世紀末開始,全世界信息化浪潮迅猛發展,光電子技術的廣泛采用,國內外對光電功能晶體市場需求劇增,尤其帶動了我國非線性光學晶體的市場的發展。

2018年到2020年我國光通信市場規模及其增速均逐年遞增。2018年我國光通信市場規模約為1080億元,同比增速約為3.7%;到2020年其市場規模便增長至1200億元左右,同比增速更是增長至7.3%。

2018年到2020年我國光通信市場規模及其增速均逐年遞增。2018年我國光通信市場規模約為1080億元,同比增速約為3.7%;到2020年其市場規模便增長至1200億元左右,同比增速更是增長至7.3%。

資料來源:公開資料整理

2021年全球激光設備市場銷售收入約為210億美元,同比增長約17%。同時21年我國光纖激光器市場增長超出預期,達到124.8億元。光通信、激光設備等市場規模的擴大為我國非線性光學晶體行業發展提供有力支撐,也為我國非線性光學晶體行業產值不斷增加提供動力,在2020年我國非線性光學晶體產值已經達到32億元左右。

另外,除了光通信外,工業激光、電光等是非線性光學晶體應用的重要下游應用市場之外,近幾年由于醫療、國防等行業激光器的快速發展。醫用固體激光器領域也成為非線性光學晶體的另一個重要市場,并帶動KTP等非線性光學晶體的需求量也迅速增長,其主要應用的包括KTP、KDP、CLBO和BBO晶體等。與此同時,由于準相位匹配器件可以充分發揮晶體的非線性光學性能,而且一塊晶體可以同時完成倍頻、和頻、參量振蕩等功能,所以,非線性光學晶體在國防等方面也有著重要的應用,是高新技術和現代軍事技術中不可缺少的關鍵材料。未來隨著經濟的發展,科技的進步,非線性光學晶體的下游行業或將會越來越多。

4、發展趨勢:高性能非線性光學晶體需求將不斷增長

隨著光通信、工業激光加工、儀器儀表等行業快速發展,高性能非線性光學晶體需求將不斷增長。

由于非線性光學晶體材料在激光科學和技術等領域的廣泛應用,設計、合成性能優異,因此高性能非線性光學晶體材料一直是功能材料領域研究的前沿熱點。未來,在行業下游醫療、國防等領域應用中,精細微加工領域將加速滲透,這將對我國非線性光學晶體的技術提出更高的要求,因此未來高性能非線性光學晶體發展潛力較大,其需求或將不斷增長。

具體來看,高性能非線性光學晶體產品的發展趨勢主要包括兩個方面:現有非線性光學晶體性能的改進以及新晶體的開發。

具體來看,高性能非線性光學晶體產品的發展趨勢主要包括兩個方面:現有非線性光學晶體性能的改進以及新晶體的開發。

資料來源:觀研天下整理

現有非線性光學晶體性能的改進包括:紅外波段的非線性光學晶體性能的改進等等。相對于可見和紫外波段的非線性晶體,紅外非線性晶體的光損傷閾值太低,因此,目前我國紅外波段的非線性晶體整體發展比較慢。然而,紅外非線性光學晶體在軍事上有重要應用前景,因此紅外波段的非線性光學晶體性能的改進是我國非線性光學領域的主要發展方向。

新的非線性光學晶體的開發包括:新型的光折變晶體材料的開發等等。現有的光折變材料如LiNbO3、BaTiO3等在進行光學信息存儲應用時,其光折變響應速度還不夠快、存儲噪聲還比較大,這兩方面的性能與當前被廣泛應用的電磁存儲技術相比不占任何優勢,因此,開發新型的、性能更好的光折變晶體材料也是我國非線性光學晶體行業產品的發展趨勢之一。(LQM)

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