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(1)特种光纤定义及分类:特种光纤是指在特定的波长上使用,为了实现某特种功能而设计制造的光纤。特种光纤包括除常规通信光纤以外的具有特殊功能的各类光纤的总称。特种光纤与常规通信光纤在掺杂元素、工作波长、结构以及光学性能上差异较大,且根据不同的性质,应用也不同;特种光纤是光纤激光器中的关键原材料,同时也是激光传输最便捷的传输介质;特种光纤也可应用于光纤通信器件如光放大器、波长变换等光纤器件的制作;特种光纤还用于医疗光纤器件如内窥镜等,还有一些传感光纤器件可用于航空航天、石油化工等领域,如压力、温度等的传感探测器及光纤陀螺、水听器等。
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年特种光纤行业全产业结构深度分析及投资战略可行性评估预测报告》
相较于普通光纤,特种光纤的制备工艺上要更为复杂,应用属性要求更为苛刻,对于行业厂商的专业技术能力要求也更为特别。一方面,特种光纤需要具有较普通光纤更为苛刻的技术响应能力;另一方面,为满足特定需求,特种光纤产品的生产工艺往往难以通过产业链上下游协作完成,要求厂商自身具备一定的上游生产工艺研发能力,甚至通过自研部分生产工艺以满足各类应用场景的需要。
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年光纤激光器行业全景深度分析及投资战略可行性评估预测报告》
近年来,随着数字经济、智慧城市、物联网等信息技术的迅速发展,各种应用场景下的光通信需求正在快速释放。同时,我国正在大力推进产业技术升级,加强行业自主创新,在此背景下以光纤为代表的电子信息等核心产业成长为我国技术创新的排头兵。从光通信领域内来看,在全球数字化、智能化程度不断提升,电子信息应用场景不断泛化的背景下,特种光纤的核心价值日益凸显。
(2)全球特种光纤行业概况:根据中金企信统计数据,2019年全球特种光纤市场规模为154.6亿美元,欧洲是全球最大的特种光纤区域市场,规模为47.9亿美元,亚太地区的市场规模为30.3亿美元。未来5年,根据中金企信预测,2025年全球特种光纤市场规模将达到421.3亿美元,复合增长率为18.1%,包括中国、印度在内的新兴经济体还将迎来特种光纤市场的快速发展。
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目前,以中国为代表的东亚是区域经济增速较快地区。另外,从应用市场而言,航空航天、风能、燃料电池和其他新的工业应用都将为特种光纤提供更多的市场。
2019年全球特种光纤市场收入分布分析
单位:亿美元
数据统计:中金企信国际咨询
(3)中国特种光纤行业概况:中国近年来特种光纤市场长期保持快速增长态势。特种光纤因其特殊的产品性能,在国防军工、航空航天、能源、电力、医疗等领域得到广泛应用,下游市场需求不断增长。如保偏光纤是航空航天光纤陀螺(Fiber Optical Gyro,FOG)的核心器件;耐高温光纤、弯曲不敏感光纤、抗辐射光纤、紫外光纤等特种光纤广泛应用于航空航天领域;特殊孔径、大芯径光纤和光纤传感产品广泛应用于激光手术、激光成像以及医学传感;振动传感光纤在长距离石油管道监测中得到大量运用。此外,新基建推动了特种光纤在特高压、轨道交通、5G等领域需求的快速释放,将成为特种光纤产业的新兴增长点。在特高压领域,特种光纤在直流输电测量和控制系统中已经得到广泛应用;在轨道交通领域,依托特种光纤在高温、高湿、易爆等恶劣环境下所具有的数据传输优势,能够实现对交通轨道温度、应力和振动的实时监测,确保交通轨道安全运行。未来随着新基建的推进,特种光纤市场的需求将保持快速增长态势。我国经济正在转型发展,从规模化发展转向高质量发展,产品升级换代,预计我国的特种光纤的应用领域将不断拓展,市场需求将持续增长。据工信部下属智库赛昇信息技术研究院数据显示,2019年中国特种光纤市场规模将在2018年的基础上增长5.7%,达到97.9亿元水平,保持稳定增长态势。
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2015-2024年中国特种光纤市场规模现状及预测
数据统计:中金企信国际咨询
(4)中国特种光纤行业发展趋势:
1)我国特种光纤市场未来还有较大提升潜力:相对于行业领先企业,我国特种光纤产业起步较晚,目前在个别细分领域接近国际先进水平,但整体距离全球先进水平还有一定差距。特种光纤行业的发展,还会影响到下游光纤放大器、激光器、光纤传感器等多个环节,进而影响通信、工业互联网等多个领域的发展。因此,率先实现技术突破的本土特种光纤厂商,能够在我国特种光纤行业获得更多话语权。
随着新基建的推进,特种光纤市场的需求将保持快速增长态势。随着国内疫情快速得到控制,预计在新基建的强力推动下,2021年后特种光纤市场将在疫情后迎来高速增长,在航天、轨道交通、能源、医疗等行业领域需求的持续推动下,2024年特种光纤市场规模将达到187.4亿元,年复合增长率13.9%。特种光纤主要市场品类是有源光纤,占比为30%至35%;其次是传能光纤,占比为25%至30%;再次为保偏光纤,市场占比为20%至25%。
2)国产特种光纤产品在部分领域已经形成突破:特种光纤技术具有技术要求高、工艺难度大、与终端用户需求结合紧密的特点。由于特种光纤对重点产业的关键性作用,国内特种光纤行业面临外部技术封锁和禁运,这造成了当前几大类国产特种光纤产品的发展水平不够均衡的局面。
比如掺稀土元素类特种光纤,国产光纤仅有掺镱、铒、铥等几种元素的光纤产品,但国外厂商除了上述产品之外,还发布了掺钕、钬等稀土元素,以及两种及以上稀土元素共掺的光纤产品。在国内市场上,EDF(掺铒光纤)的大部分市场份额仍被外国厂商占据,国产中低功率YDF(掺镱光纤)已开始量产,正在高功率产品方面奋起直追。
在光纤陀螺用保偏光纤方面,因国际禁运和国内产品性能提升,市场已被国内厂商占据,通信器件用保偏光纤已实现小部分国产化,但大部分市场由国外厂商占据,波导及耦合光纤目前已能全面实现国产化,且产品技术指标与国际先进水平差距不大。
在抗辐射、耐高温、抗旋转、弯曲不敏感光纤等,国产产品已占据了一定的市场份额,不过在一些特殊领域,比如超高温领域,国外厂商仍居于主导地位。
3)万物互联时代,光纤传感推动特种光纤市场持续增长:光纤传感已经成为物联网的重要感知技术之一。20世纪70年代,在光纤通信技术的带动下,光纤传感技术有了一定发展,光纤传感技术是一种以光波作为载体、以光纤作媒介感知并传输外界变化的现代传感技术,与传统的以电信号作为参考量的传感器相比,光纤传感器具有以下优势:首先,光纤是由二氧化硅制造而成,它本身是一种绝缘体,并且耐腐蚀、耐高温,对电磁不敏感,可应用于石油煤矿、强电磁干扰、各种机电设施等场合;其次,光纤是无源器件,不被测量的环境产生影响;最后,光纤重量轻、体积小,可以根据具体的使用环境将传感器制作成任意形状,便于在航空航天器以及其他狭小空间应用;此外,光纤传感器还具有灵敏度高等优点。光纤传感技术由于具有无可比拟的优势,在现代测量技术中越来越多的受到人们重视,被广泛应用在电力工程、海洋防御、周界安防等领域。
4)在特种光纤关键工艺和原材料研发取得突破的本土企业,能够获得更多市场话语权:特种光纤生产所需关键生产设备和原材料,比如预制棒制备所需衬管、套管、涂料,以及光纤封装胶、固定胶等还有很大部分需要进口。国内企业在突破关键设备和原材料方面,不但需要投入大量的研发力量,还需要绕开国外大企业专利布局。在国内特种光纤强劲市场需求的推动下,本土特种光纤企业如果能够突破国外技术壁垒,就能在特种光纤行业的竞争中脱颖而出。
5)光纤激光器替代加速,打开特种光纤广阔市场空间:激光器一般可按照增益介质、输出功率、工作方式、输出波长、脉冲宽度等来区分。按照增益介质(工作物质)分类,激光器的增益介质包括气体激光器、液体激光器和固体激光器,特定增益介质决定了激光波长、输出功率和应用领域。气体中具有代表性的是二氧化碳气体激光器,固体中具有代表性的包括红宝石激光器、半导体激光器、光纤激光器和YAG激光器等。光纤激光器工作的增益介质为掺稀土元素特种光纤。自从光纤激光器问世后,就成为激光领域最为活跃的研究方向之一。随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造技术的进一步发展成熟,光纤激光器得到了飞速发展。与传统的固体激光器相比,光纤激光器具有结构简单、阈值低、散热性能好、转换效率高、光束质量好等优点。
从经济角度上看,相比二氧化碳激光器,光纤激光器转化效率更高,使用成本较低,根据研究资料,光纤激光器使用成本为23.4元/小时,二氧化碳激光器的使用成本为39.1元/小时。相比YAG(Yttrium Aluminum Garnet,钇铝石榴石)激光器,光纤激光器功率高、效率高且免调节、免维护,或将逐渐替代YAG激光器。光纤激光器渗透率提升空间广阔。光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻、激光打标、激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接、国防安全、医疗器械仪设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等。
从我国光纤激光器市场来看,国产光纤激光器逐步实现由依赖进口向自主研发、替代进口到出口的转变。随着国内光纤激光器企业综合实力的增强,国产光纤激光器功率和性能逐步提高,我国光纤激光器市场从2014年的28.6亿元增长到2020年94.2亿元,预计2021年会继续增长到108.6亿元,历年增长情况如下图所示。光纤激光器的市场需求保持着增长态势,光纤激光器的增益介质为特种光纤,随着光纤激光器的替代加速,将为特种光纤市场增长打开广阔空间。
2015-2021年中国光纤激光器市场规模现状及预测
数据统计:中金企信国际咨询