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市場調査レポート
商品コード
1137956

量子カスケードレーザー市場- 成長、動向、予測(2022年-2027年)

Quantum Cascade Lasers Market - Growth, Trends, and Forecasts (2022 - 2027)

出版日: | 発行: Mordor Intelligence | ページ情報: 英文 120 Pages | 納期: 2~3営業日

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量子カスケードレーザー市場- 成長、動向、予測(2022年-2027年)
出版日: 2022年10月13日
発行: Mordor Intelligence
ページ情報: 英文 120 Pages
納期: 2~3営業日
ご注意事項 :
本レポートは最新情報反映のため適宜更新し、内容構成変更を行う場合があります。ご検討の際はお問い合わせください。
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概要

量子カスケードレーザー市場は、予測期間(2022年~2027年)においてCAGR7.2%を記録すると予測されています。

量子カスケードレーザは、中赤外域(4ホシム~10ホシム)に発光のピークを持つ半導体レーザです。これらのデバイスは、分子ガス分析および吸収分光などの中赤外領域のアプリケーションに最適な光源です。

主なハイライト

  • 量子カスケードレーザー(QCL)技術は、中波から長波の赤外線で動作し、既存の赤外線カメラ技術を活用した新しい傾斜を提供し、主に精密センシング、分光、医療、軍事、防衛分野での新しい用途を発見しています。その広い調整範囲と速い応答速度により、より迅速で正確な小型微量元素検出器やガス分析器が、より低速で大型のFTIR、質量分析器、光熱マイクロスペクトロスコピーシステムに取って代わることができるようになりました。
  • 軍事・防衛分野やヘルスケア分野におけるガス検知・化学物質検出アプリケーションの採用が増加し、この市場を大きく牽引しています。軍事・防衛部門への支出が増加していることは、その活動において、プロセスの優れた効率性を実現するための精度と正確さが重要であることを意味しています。
  • 大気中の化学物質や粒子を検出し、汚染や温室効果ガスのより良い管理をサポートする量子カスケードレーザーの分野では、相当数の研究が行われています。2021年10月、欧州委員会はあるプロジェクトを開始しました。QCLsは、Qombsプロジェクトの一環として、大気多成分化学分析、粒子(PM10)検出、距離測定のためのコンパクトなLIDARシステムの構築を目指すプロジェクトです。
  • QuaLIDADは、空気中の微粒子からの後方散乱光、または再帰反射器による反射・散乱光検出/障害物検出の2つのアプローチのいずれかを使用することを意図しています。プロトタイプは、水の吸収が少なく、様々な必須温室効果ガス/毒性ガス(CO2、CO、N2Oなど)の測定が可能な4~5mの窓で動作させる予定です。LIDARの動作にはPRN(Pseudo Random Noise)技術が使用され、連続波のソースを指定のデジタルパターンで素早く変調することになります。
  • 2021年6月、テレコム・パリ(パリ工科大学所属)、mirSense、ダルムシュタット工科大学、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究者は最近、より安全な自由空間光通信のために中赤外光を発する量子カスケードレーザーを用いた新しいシステムを発表しました。調査チームは、カオス同期とQCL技術の中赤外波長を融合させた方式を開発しました。何十年もの間、カオス同期の特性は、半導体レーザーの文脈で研究されてきました。
  • パンデミックの発生は、世界中の中小・大規模産業に経済的な混乱をもたらしました。さらに、ウイルスの蔓延を抑えるために各国政府が行った封鎖により、製造業の大部分は工場での作業を含むため、世界中の産業が打撃を受け、サプライチェーンや製造業務に支障をきたす結果となりました。
  • 量子カスケードレーザーの膨大なコストが市場の成長を抑制しています。この技術を採用するためには、多額の先行投資が必要です。

主な市場動向

軍事・防衛が大きな市場シェアを占める見込み

  • 航空機プラットフォームの製品要件に対する需要は、過去数年にわたり増加しています。これには、サイズ、重量、消費電力、コストの削減が含まれ、ポータブルやバッテリー駆動のハンドヘルド製品にも及んでいます。量子カスケードレーザー(QCL)技術は、中波から長波の赤外線で動作し、既存の赤外線カメラ技術を活用した新しい傾斜を提供します。
  • 航空機のプラットフォームに適していることに加え、QCL製品は小型・軽量のポインターやビーコン機能に対するオペレーターの要求に自然に適合しています。高出力、軽量、バッテリー駆動のデバイスのフィールドテストでは、空と地上のさまざまな用途でその有効性が確認されています。
  • ワシントンD.C.で開催された米国陸軍協会年次総会・博覧会では、CIRCMはレーザーを使って、先端に赤外線ホーミング装置を持つミサイルが使用するシーカーを結合させました。海軍と陸軍は、熱探知ミサイルに特に弱いヘリコプターの代替技術として、防衛を有望視しています。
  • さらに、市場では、革新的なソリューションを開発するためのさまざまなパートナーシップを示しています。例えば、2022年8月、脅威検知とセキュリティ技術のSmiths Detectionは、Block MEMSと提携し、様々な表面上の固体および液体の脅威を非接触で検知する近接化学剤検知器(PCAD)を開発しました。Block MEMSの量子カスケードレーザー(QCL)がシステムの中核技術として採用される予定です。
  • また、2021年4月、米国陸軍は、レーザーベースの共通赤外線対策(CIRCM)システムのフルレート生産契約を10億米ドルでノースップ・グラマンに発注しました。CIRCMシステムは、既存のハードウェアと連携できるようにオープンアーキテクチャで構築されています。また、コンパクトなポインタ/トラッカーと先進の量子カスケードレーザー(QCL)技術により、信頼性と拡張性が向上しています。このような開発により、軍事分野における量子カスケードレーザの需要が高まっています。
  • North Atlantic Treaty Organizationによると、米国は一人当たり約2,187USドルを軍事費に費やしていると推定されます。

北米が主要な市場シェアを占める見込み

  • 量子カスケードレーザは、爆発物探知への応用が拡大しており、軍事・防衛市場に積極的に浸透しています。米国の軍事・防衛分野への多額の支出は、量子カスケードレーザの助けを借りて達成することができる実行機能の精度と品質が主な焦点であるという事実に向かって指摘しています。
  • 米国国防総省の2021年度予算によると、将来起こりうるハイエンド戦争に備え、資源を再優先し、支出を動かす際の意思決定の指針となる国家防衛戦略(NDS)は、2021年度予算で支持されています。2021年度の大統領予算要求は7054億米ドルで、イージス弾道ミサイル防衛システム11億米ドル、終末高高度地域防衛(THAAD)弾道ミサイル防衛システム9億1,600万米ドルなどミサイル撃退・防衛に203億米ドルが計上されています。これが市場の成長を促進すると期待されています。
  • これらのレーザーの最も重要な用途の1つは、ガス検知装置と測定です。チューナブルQCLに基づくシステムは、複数のガス種を測定するのに使用できます。ターゲットが狭いシステムでは、1兆分の1の範囲のガス濃度を検出・測定することさえ可能です。このようなレーザーの市場は、メーカーや科学者が経験を積むことで、大きく成長することが期待されています。
  • ガスや蒸気は、それぞれの化学構造とは比較にならないほど特徴的な化学吸収の"指紋"を持っています。煙突の上に量子カスケードレーザーを照射すると、レーザーの波長が煙突の上の空気の"指紋"の波長と一致するように調和させることができます。このフィンガープリントをもとに、特定の汚染物質が排出されている可能性を判断することができます。QCレーザーは、化学的センシングや分光学のための放射源として一般的に使用されています。
  • QCレーザーの典型的な商業用途には、微量ガス分析および汚染監視が含まれます。米国では公害に関する政府規制が強化されており、量子カスケードレーザは検出を容易にする著名な光源として機能することができます。QCレーザは、飲食品産業で用途が見つかっています。
  • 米国の飲食品産業は、過去数年で著しい成長を遂げています。この業界は、製品の鮮度と安全性に絶えず注目してきました。エマソンのRosemount CT4215パッケージングリークディテクションシステムは、既存の生産プロセスに完全に適合し、1分間に最大200パックの測定が可能です。量子カスケードレーザーを利用して生産ラインから出荷されるすべての製品を評価し、不適切なパッケージングから発生する微量ガスの検出を容易にし、不良品を即座に排除することができます。

競合情勢

量子カスケードレーザ市場は競争的であり、いくつかの主要なプレーヤーで構成されています。現在、市場シェアで市場を独占している主要企業はいないです。メーカーは、競争上の優位性を得るために、差別化された製造プロセスに関与しています。

  • 2021年12月-プネにある防衛先端技術研究所は、政府が先端レーザ研究所と高出力CO2レーザ施設の2つの研究所を設立したと発表した、これは光学、レーザ、量子、表面工学の未来的、戦略的学際的セットの1つです。先進レーザーラボラトリーは、量子カスケードレーザーの特性評価を含む6つの研究施設で構成されます。
  • 2021年10月- 欧州委員会は、量子カスケードレーザ(QCL)プロジェクトを開始し、Qombsプロジェクトの一環として、空気中の多成分化学分析、粒子(PM10)検出、距離検出用の小型LIDARシステム構築を目指します。QuaLIDADは、空気中の微粒子からの後方散乱光、または再帰反射器による反射・散乱光検出/障害物検出の2つのアプローチのいずれかを使用することを意図しています。プロトタイプは、水の吸収が少なく、様々な必須温室効果ガス/毒性ガス(CO2、CO、N2Oなど)の測定が可能な4~5mの窓で動作させる予定です。LIDARの動作にはPRN(Pseudo Random Noise)技術が使用され、連続波のソースを指定されたデジタルパターンで素早く変調することになります。

その他の特典

  • エクセル形式の市場予測(ME)シート
  • 3ヶ月間のアナリストサポート

目次

第1章 イントロダクション

  • 調査の前提条件と市場の定義
  • 調査対象範囲

第2章 調査手法

第3章 エグゼクティブサマリー

第4章 マーケットインサイト

  • 市場概要
  • 産業の魅力- ポーターズファイブフォース分析
    • 供給企業の交渉力
    • 買い手の交渉力
    • 新規参入業者の脅威
    • 代替品の脅威
    • 競争企業間の敵対関係
  • COVID-19の市場インパクトの評価

第5章 市場の力学

  • 市場促進要因
    • 医療現場における精密さへの要求の高まり
    • 軍事・防衛分野におけるガス検知・化学物質検知アプリケーションの需要増加
  • 市場の課題
    • 高い初期関連コスト

第6章 市場セグメンテーション

  • タイプ別
    • ファブリペロレーザー
    • 分散型フィードバックレーザー
    • 外部共振器型レーザー
    • 拡張チューニングデバイス
  • 動作別
    • 連続波
    • パルス波
  • エンドユーザー産業別
    • 産業用
    • 医療
    • 軍事・防衛
    • 通信分野
    • 飲食品
    • その他のエンドユーザー産業
  • 地域別情報
    • 北米
      • 米国
      • カナダ
    • 欧州
      • 英国
      • ドイツ
      • フランス
      • その他の欧州地域
    • アジア太平洋地域
      • 中国
      • 日本
      • 韓国
      • インド
      • その他アジア太平洋地域
    • ラテンアメリカ
      • メキシコ
      • その他のラテンアメリカ地域
    • 中東とアフリカ

第7章 競合情勢

  • 企業プロファイル
    • Emerson Electric Co.
    • Thorlabs Inc.
    • Adtech Optics Inc.
    • Hamamatsu Photonics KK
    • Mirsense SAS
    • Wavelength Electronics Inc.
    • Nanoplus Nanosystems and Technologies GmbH

第8章 投資分析

第9章 市場の将来性

目次
Product Code: 66402

The Quantum Cascade Lasers Market is expected to register a CAGR of 7.2% during the forecast period (2022 - 2027). Quantum cascade lasers are semiconductor lasers that offer peak emission in the mid-IR range (4 μm to 10 μm). These devices are a great light source for mid-IR applications, such as molecular gas analysis and absorption spectroscopy.

Key Highlights

  • Quantum cascade laser (QCL) technology works across the mid-wave and long-wave infrared to provide new inclinations that leverage existing thermal imaging camera technology and are finding new applications primarily across the precision sensing, spectroscopy, medical, military, and defense sectors. Their wide tuning range and fast response time allow quicker and more accurate compact trace element detectors and gas analyzers to replace slower and larger FTIR, mass spectroscopy, and photothermal micro-spectroscopy systems.
  • The increased adoption of gas sensing and chemical detection applications in the military and defense and the healthcare sector is driving this market significantly. The increasing expenditures on the military and defense departments signify the importance of precision and accuracy in their activities to achieve excellent efficiencies in their processes.
  • A significant number of researches are being conducted in the field of quantum cascade laser to detect the chemicals and particles in the air, supporting better management of pollution and greenhouse gases. In October 2021, the Europe Commission started a project. QCLs is a project that aims to build a compact LIDAR system for air multi-component chemical analysis, particle (PM10) detection, and range finding as part of the Qombs Project.
  • QuaLIDAD intends to use one of two approaches: backscattered light from air particulate or reflected/scattered light detection by a retroreflector/obstacle detection. The prototype will operate in the 4-5 m window, where water absorption is low, and various essential greenhouse/toxic gases (CO2, CO, N2O, etc.) may be measured. The Pseudo Random Noise (PRN) technique is used to operate the LIDAR, which will involve quick modulation of a continuous-wave source with a specified digital pattern.
  • In June 2021, researchers from Telecom Paris (a member of the Institute Polytechnique de Paris), mirSense, the Technical University of Darmstadt, and the University of California Los Angeles recently unveiled a new system based on a quantum cascade laser emitting mid-infrared light for more secure free-space optical communication. The researchers' method blends chaotic synchronization with QCL technology's mid-infrared wavelength. For decades, the property of chaos synchronization has been studied in the context of semiconductor lasers.
  • The pandemic outbreak has created economic turmoil for small, medium, and large-scale industries worldwide. Adding to it, country-wise lockdown inflicted by the governments across the world (to minimize the spread of the virus) has further resulted in industries taking a hit and disrupting the supply chain and manufacturing operations across the globe, as a large part of manufacturing includes work on the factory floor.
  • The enormous cost of the quantum cascade lasers is restraining the market growth. A significant upfront investment is required to adopt this technology.

Key Market Trends

Military & Defense is Expected to Have a Major Market Share

  • Demand for aircraft platform product requirements has increased over the past years. This includes reduced size, weight, power consumption, and cost that extends to portable and battery-powered handheld products. Quantum Cascade Laser(QCL) technology operates throughout mid- and long-wave infrared to provide new inclinations that leverage existing thermal imaging camera technology.
  • In addition to their appropriateness for aircraft platforms, QCL products are a natural fit to match operator demands for small, lightweight pointer and beacon capabilities. Field-testing of high-power, lightweight, battery-operated devices have displayed their efficacy across a range of air and ground applications.
  • At the Association of the United States Army Annual Meeting & Exposition in Washington, D.C., CIRCM used a laser to combine the seekers used by missiles that possess infrared homing devices in their tips. The Navy and Army see defenses as the prospective replacement technology for their helicopters, which are especially vulnerable to heat-seeking missiles.
  • Further, the market is witnessing various partnerships to develop innovative solutions. For instance, in Aug 2022, Smiths Detection, a threat detection and security technology company, partnered with Block MEMS to create a proximate chemical agent detector (PCAD) for noncontact detection of solid and liquid threats on various surfaces. Block MEMS' quantum cascade lasers (QCLs) will be the core technology in the system.
  • Also, in April 2021, The U.S. Army awarded Northop Grumman a contract for full-rate production of the laser-based Common Infrared Countermeasure (CIRCM) system for USD 1 billion. The CIRCM system is built on open architecture to work with existing hardware. It uses a compact pointer/tracker and advanced Quantum Cascade Laser (QCL) technology for greater reliability and scalability. Such developments boost the demand for Quantum Cascade Lasers in the military sector.
  • According to North Atlantic Treaty Organization, it is estimated that the United States spent around 2,187 US dollars per capita on the military.

North America is Expected to Have a Major Market Share

  • With the increased applications of quantum cascade lasers in detecting explosives, it is aggressively penetrating the military and defense market space. The massive expenditure on the Military and defense sector in the United States points toward the fact that the main focus is on precision and quality of functions performed, which can be achieved with the help of quantum cascade lasers.
  • According to the United States Department of Defense 2021, The National Defense Strategy (NDS), which guides the Department's decision-making in reprioritizing resources and moving expenditures to prepare for a potential future high-end war, is supported in the FY 2021 budget. The President's budget request for FY 2021 is USD 705.4 billion, with USD 20.3 billion for Missile Defeat and Defense, including USD 1.1 billion for the AEGIS Ballistic Missile Defense System and USD 1.1 billion for the Terminal High Altitude Area Defense (THAAD) Ballistic Missile Defense System USD 916 million. This is expected to propel market growth.
  • One of the most important applications of these lasers is in gas sensing equipment and measurement. Systems based on tunable QCL can be used to measure multiple gas species. The narrowly targeted systems can even detect and measure the gas concentrations in the parts-per-trillion range. The market for these lasers is expected to grow significantly as manufacturers and scientists gain more experience.
  • Gases and vapors possess characteristic chemical absorption "fingerprints" incomparable to their respective chemical structures. If a quantum-cascade laser is directed above a smokestack, the laser's wavelength can be harmonized to match a "fingerprint" wavelength in the air overhead the smokestack. Based on the fingerprint, the possibility of a specific pollutant's emissions can be determined. The QC laser is popularly used as a radiation source for chemical sensing and spectroscopy.
  • Typical commercial applications of QC lasers include trace gas analysis and pollution monitoring. With increasing government regulations in the United States regarding pollution, quantum cascade lasers can act as a prominent source that can facilitate detection. QC lasers are finding applications in the Food and Beverage industry.
  • The food and beverage industry in the United States has noticed significant growth in the past years. This industry has continuously focussed on the freshness and safety of its products. Emerson's Rosemount CT4215 Packaging Leak Detection System fits perfectly into existing production processes and can measure up to 200 packs per minute. It makes use of a quantum cascade laser to assess every item leaving a production line and facilitates the detection of trace gases from inadequate packaging, and instantly rejects faulty products.

Competitive Landscape

The Quantum Cascade Lasers Market is competitive and consists of several major players. None of the major players currently dominate the market in terms of market share. The manufacturers are getting involved in differentiated manufacturing processes to gain a competitive advantage.

  • December 2021 - A Pune-based Defense Institute of Advanced Technology announced that the Government has set up two laboratories, Advanced Laser Laboratory and High Power CO2 Laser Facility, which will be one of the futuristic and strategic interdisciplinary set up for optics, laser, Quantum, and surface engineering. The Advanced Laser Laboratory comprises six research facilities, including Quantum Cascade Laser characterization.
  • October 2021 - The Europe Commission started a Quantum Cascade Lasers (QCL) project, which aims to build a compact LIDAR system for air multi-component chemical analysis, particle (PM10) detection, and range finding as part of the Qombs Project. QuaLIDAD intends to use one of two approaches: backscattered light from air particulate or reflected/scattered light detection by a retroreflector/obstacle detection. The prototype will operate in the 4-5 m window, where water absorption is low, and various essential greenhouse/toxic gases (CO2, CO, N2O, etc.) may be measured. The Pseudo Random Noise (PRN) technique is used to operate the LIDAR, which will involve quick modulation of a continuous-wave source with a specified digital pattern.

Additional Benefits:

  • The market estimate (ME) sheet in Excel format
  • 3 months of analyst support

TABLE OF CONTENTS

1 INTRODUCTION

  • 1.1 Study Assumptions and Market Definition
  • 1.2 Scope of the Study

2 RESEARCH METHODOLOGY

3 EXECUTIVE SUMMARY

4 MARKET INSIGHTS

  • 4.1 Market Overview
  • 4.2 Industry Attractiveness - Porters Five Forces Analysis
    • 4.2.1 Bargaining Power of Suppliers
    • 4.2.2 Bargaining Power of Buyers
    • 4.2.3 Threat of New Entrants
    • 4.2.4 Threat of Substitutes
    • 4.2.5 Intensity of Competitive Rivalry
  • 4.3 Assessment of Impact of COVID-19 on the Market

5 MARKET DYNAMICS

  • 5.1 Market Drivers
    • 5.1.1 Growing Need For Precision in the Medical Activities
    • 5.1.2 Increased Demand of Gas Sensing and Chemical Detection Applications in the Military and Defense
  • 5.2 Market Challenges
    • 5.2.1 High Up-front Associated Costs

6 MARKET SEGMENTATION

  • 6.1 By Type
    • 6.1.1 Fabry-Perot Lasers
    • 6.1.2 Distributed Feedback Lasers
    • 6.1.3 External Cavity Lasers
    • 6.1.4 Extended Tuning Devices
  • 6.2 By Operation
    • 6.2.1 Continous Wave
    • 6.2.2 Pulsed Wave
  • 6.3 By End-user Industry
    • 6.3.1 Industrial
    • 6.3.2 Medical
    • 6.3.3 Military and Defense
    • 6.3.4 Telecommunication
    • 6.3.5 Food and Beverage
    • 6.3.6 Other End-user Industries
  • 6.4 By Geography
    • 6.4.1 North America
      • 6.4.1.1 United States
      • 6.4.1.2 Canada
    • 6.4.2 Europe
      • 6.4.2.1 United Kingdom
      • 6.4.2.2 Germany
      • 6.4.2.3 France
      • 6.4.2.4 Rest of Europe
    • 6.4.3 Asia Pacific
      • 6.4.3.1 China
      • 6.4.3.2 Japan
      • 6.4.3.3 South Korea
      • 6.4.3.4 India
      • 6.4.3.5 Rest of Asia Pacific
    • 6.4.4 Latin America
      • 6.4.4.1 Mexico
      • 6.4.4.2 Rest of Latin America
    • 6.4.5 Middle East and Africa

7 COMPETITIVE LANDSCAPE

  • 7.1 Company Profiles
    • 7.1.1 Emerson Electric Co.
    • 7.1.2 Thorlabs Inc.
    • 7.1.3 Adtech Optics Inc.
    • 7.1.4 Hamamatsu Photonics KK
    • 7.1.5 Mirsense SAS
    • 7.1.6 Wavelength Electronics Inc.
    • 7.1.7 Nanoplus Nanosystems and Technologies GmbH

8 INVESTMENT ANALYSIS

9 FUTURE OF THE MARKET