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我国非线性光学晶体行业现状 多种技术全球领先 高性能产品将成趋势

非线性光学晶体(NLO晶体),是指在强光作用下能产生非线性光学效应的晶体。非线性光学晶体是一种功能材料,其主要功能是对激光波长进行变频,拓展激光器可调谐范围。非线性光学晶体是激光器的关键材料之一,其产品种类多,且新型产品还在不断研发问世。

我国非线性光学晶体主要产品种类

种类名称

特点

铌酸锂晶体(LN晶体)

非线性较强,具有420nm5.2µm的宽透明范围,并具有出色的非线性,电光和压电特性,主要应用于>1µm波长的非线性频率转换以及电光调制器。

磷酸氧钛钾晶体(KTP晶体)

高非线性,高机械稳定性,高光学质量以及350nm-4.5µm的透明范围,适合于周期性极化,掺钕激光器的中低功率倍频,非线性OPO介质。

磷酸二氢钾晶体(KDP晶体)

具有优异的紫外线透射率,高激光损伤阈值,非线性相对较低,可以大尺寸生长,高吸湿性,掺钕激光器的倍频器,三倍频器和四倍频器钛:蓝宝石,翠绿宝石,钕掺杂激光器的Q开关。

铌酸钾晶体(KN晶体)

很高的非线性,透明范围宽(0.45mm),不受光折射效应影响,电光学和非线性光学,激光二极管的光折变应用,近红外中的动态全息和光学相位共轭光波导,光学二次谐波产生(SHG),倍频器。

偏硼酸钡晶体(BBO晶体)

具有较大的非线性系数,具有很高的光损伤阈值,从紫外到中红外范围内的非线性频率转换性能非常好。目前已被应用于将频率倍频到蓝光频域及钛蓝宝石激光的倍频中。

三硼酸锂晶体(LBO晶体)

是一种性能优良的非线性光学晶体,具有紫外透光性好,光学损伤阈值较高和非线性系数适中等特点。该晶体化学性能稳定,机械硬度高,不潮解,对于某些非线性光学加工极具吸引力。其双折射小于BBO晶体,所以可有助于限制相位匹配的光谱范围,但是也会在可见光和近红外光的频率转换应用中导致产生非临界相位匹配和大的接收角。

资料来源:观研天下整理

激光的出现使得非线性光学效应有了实际应用的可能,终端应用方面,非线性光学晶体可以广泛应用在光通信、光测距、激光加工、激光医疗、核聚变、军工等领域。

1、技术水平:多种NLO晶体生长技术居国际先进水平

在全球范围来看,当前美国、日本、中国等国家是非线性光学晶体主要生产国。

20世纪70年代,我国科学家在非线性光学晶体研究领域放弃跟踪国外已有研究的做法,依据原创科学理论——阴离子基团理论开展自主探索。此后,在我国科学家们的不懈努力,我国非线性光学晶体研发创新能力不断增强,并自主研发生产出多种新型非线性光学晶体。

行业技术水平来看,目前,我国在全球非线性光学晶体市场中具有较强竞争力,在部分产品领域甚至处于领先地位,特别是在可见、紫外波段非线性晶体的研究方面一直处于领先水平,受到世界瞩目。

行业技术水平来看,目前,我国在全球非线性光学晶体市场中具有较强竞争力,在部分产品领域甚至处于领先地位,特别是在可见、紫外波段非线性晶体的研究方面一直处于领先水平,受到世界瞩目。

资料来源:观研天下整理

根据观研报告网发布的《中国非线性光学晶体行业发展深度分析与投资前景研究报告(2022-2029年)》显示,现阶段,国外已有的所有晶体生长方法我国均有,且几乎所有重要的非线性光学晶体都已生长出来。在我国非线性光学晶体行业技术水平大幅提升并且处在国际先进水平背景下,我国一些自主研发的重要晶体满足了国内重大工程需求,同时,一批高技术晶体已成为商品,在国际上享有盛誉。如今我国研发的BBO晶体、LBO晶体等,基本都已实现规模化生产,且我国生产的非线性光学晶体除供应国内市场需求外,还大量出口到海外市场。

我国的非线性光学晶体不论是在学术研究还是产业化方面,都在国际上有着重要的影响。从全球非线性光学晶体市场来看,我国在BBO、LBO等小规模量产产品领域具有明显竞争优势。未来,随着全球光通信、工业激光加工、仪器仪表等行业的快速发展,对高性能非线性光学晶体需求将不断增长,因此预计我国的高技术非线性光学晶体出口市场将会不断发展,助力行业产值不断增加。

2、主要品牌:福晶科技为全球光学晶体龙头企业

品牌来看,是我国非线性光学晶体行业主要品牌,同时其也是全球最大LBO、BBO非线性光学晶体生产商,被列为制造业单项冠军,产品具备绝对的技术壁垒。

福晶科技凭借其其强大的研发生产实力,和产品的绝对技术优势,成为了全球光学晶体龙头企业。该公司拥有处于国际领先水平的晶体生长技术和达到国际先进水平的晶体加工技术,具有原料配方、晶体生长、冷加工、镀膜及品质管理等各生产环节技术集成优势。

福建福晶科技股份有限公司主要技术集成优势情况

优势方面

内容

晶体生长方面

本公司拥有独有的原料组份配方、自行设计和制造的特有晶体生长设备、特有的生长工艺、优良的晶体质量控制等优势,晶体生长技术处于全球领先水平。

在抛光技术方面

拥有国际先进的抛光工艺、检测设备和一支专业的抛光技师队伍,产品表面质量控制精度达到0.52nm,处于国内领先、国际先进水平。

在镀膜方面

本公司拥有多台世界先进水平的镀膜机,自主开发

了镀膜软件、开发设计了许多满足客户应用要求的晶体表面膜系及制备工艺,以MIL-PRF-13830B标准为产品质量控制基础标准,产品性能达到国际先进水平。

资料来源:该公司研报

公司营业收入方面,近年来,福晶科技的总营业收入逐年递增,营业收入同比增速也呈增长态势。2019年福晶科技总营业收入约为5亿元,同比增速约为2.0%;到2021年其总营业收入增长至约6.9亿元,同比增速更是高达26.0%。

公司营业收入方面,近年来,福晶科技的总营业收入逐年递增,营业收入同比增速也呈增长态势。2019年福晶科技总营业收入约为5亿元,同比增速约为2.0%;到2021年其总营业收入增长至约6.9亿元,同比增速更是高达26.0%。

资料来源:该公司研报

目前,福晶科技凭借其技术集成优势等,已经成为不仅仅是是我国非线性光学晶体行业中的代表性企业,更是成为了全球知名的非线性光学晶体供应商。在全球非线性光学晶体市场上,近年来福晶科技的LBO和BBO等非线性光学晶体市占率稳居全球第一,预计2021年其LBO、BBO在全球市场中的份额占比将保持在80%左右。

非线性光学晶体材料是激光技术的主要物质基础,是各国高新技术和现代军事技术中不可缺少的关键材料。就当前全球形势来看,在后疫情时代,国际经济、政策等形势较为严峻,各国都开始注重国家产业链安全问题,预计未来世界各大国将会加大对非线性光学晶体行业的技术投入与研发,美国、日本等国家的非线性光学晶体企业将会是我国福晶科技的“劲敌”,预计未来行业的竞争或将持续多寡头竞争,且竞争将愈发激烈。

3、下游产业:激光、光通信等产业提供发展动力

非线性光学晶体材料可以用来进行激光频率转换,实现激光信号的全息存储等。所以非线性光学晶体材料的下游产业包括激光、光电子、光通信等产业。非线性光学晶体行业与其下游产业联系非常紧密,同时其受这些下游产业的发展和变化的影响非常大。

非线性光学晶体作为重要的光电信息功能材料之一,其发展程度与激光技术的发展密切相关,是激光技术的重要物质基础。上世纪末开始,全世界信息化浪潮迅猛发展,光电子技术的广泛采用,国内外对光电功能晶体市场需求剧增,尤其带动了我国非线性光学晶体的市场的发展。

2018年到2020年我国光通信市场规模及其增速均逐年递增。2018年我国光通信市场规模约为1080亿元,同比增速约为3.7%;到2020年其市场规模便增长至1200亿元左右,同比增速更是增长至7.3%。

2018年到2020年我国光通信市场规模及其增速均逐年递增。2018年我国光通信市场规模约为1080亿元,同比增速约为3.7%;到2020年其市场规模便增长至1200亿元左右,同比增速更是增长至7.3%。

资料来源:公开资料整理

2021年全球激光设备市场销售收入约为210亿美元,同比增长约17%。同时21年我国光纤激光器市场增长超出预期,达到124.8亿元。光通信、激光设备等市场规模的扩大为我国非线性光学晶体行业发展提供有力支撑,也为我国非线性光学晶体行业产值不断增加提供动力,在2020年我国非线性光学晶体产值已经达到32亿元左右。

另外,除了光通信外,工业激光、电光等是非线性光学晶体应用的重要下游应用市场之外,近几年由于医疗、国防等行业激光器的快速发展。医用固体激光器领域也成为非线性光学晶体的另一个重要市场,并带动KTP等非线性光学晶体的需求量也迅速增长,其主要应用的包括KTP、KDP、CLBO和BBO晶体等。与此同时,由于准相位匹配器件可以充分发挥晶体的非线性光学性能,而且一块晶体可以同时完成倍频、和频、参量振荡等功能,所以,非线性光学晶体在国防等方面也有着重要的应用,是高新技术和现代军事技术中不可缺少的关键材料。未来随着经济的发展,科技的进步,非线性光学晶体的下游行业或将会越来越多。

4、发展趋势:高性能非线性光学晶体需求将不断增长

随着光通信、工业激光加工、仪器仪表等行业快速发展,高性能非线性光学晶体需求将不断增长。

由于非线性光学晶体材料在激光科学和技术等领域的广泛应用,设计、合成性能优异,因此高性能非线性光学晶体材料一直是功能材料领域研究的前沿热点。未来,在行业下游医疗、国防等领域应用中,精细微加工领域将加速渗透,这将对我国非线性光学晶体的技术提出更高的要求,因此未来高性能非线性光学晶体发展潜力较大,其需求或将不断增长。

具体来看,高性能非线性光学晶体产品的发展趋势主要包括两个方面:现有非线性光学晶体性能的改进以及新晶体的开发。

具体来看,高性能非线性光学晶体产品的发展趋势主要包括两个方面:现有非线性光学晶体性能的改进以及新晶体的开发。

资料来源:观研天下整理

现有非线性光学晶体性能的改进包括:红外波段的非线性光学晶体性能的改进等等。相对于可见和紫外波段的非线性晶体,红外非线性晶体的光损伤阈值太低,因此,目前我国红外波段的非线性晶体整体发展比较慢。然而,红外非线性光学晶体在军事上有重要应用前景,因此红外波段的非线性光学晶体性能的改进是我国非线性光学领域的主要发展方向。

新的非线性光学晶体的开发包括:新型的光折变晶体材料的开发等等。现有的光折变材料如LiNbO3、BaTiO3等在进行光学信息存储应用时,其光折变响应速度还不够快、存储噪声还比较大,这两方面的性能与当前被广泛应用的电磁存储技术相比不占任何优势,因此,开发新型的、性能更好的光折变晶体材料也是我国非线性光学晶体行业产品的发展趋势之一。(LQM)

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