表紙:インターバンドカスケードレーザー (ICL) ・量子カスケードレーザー (QCL) - 技術・市場動向・アプリケーション (2021年)
市場調査レポート
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1028767

インターバンドカスケードレーザー (ICL) ・量子カスケードレーザー (QCL) - 技術・市場動向・アプリケーション (2021年)

Interband & Quantum Cascade Lasers - Technologies, Market Trends and Applications (2021)

出版日: | 発行: TEMATYS - Exploration of Photonics Markets | ページ情報: 英文 249 Slides | 納期: 即日から翌営業日

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インターバンドカスケードレーザー (ICL) ・量子カスケードレーザー (QCL) - 技術・市場動向・アプリケーション (2021年)
出版日: 2021年10月06日
発行: TEMATYS - Exploration of Photonics Markets
ページ情報: 英文 249 Slides
納期: 即日から翌営業日
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概要

当レポートでは、カスケードレーザーの現在の成熟度を調査し、競争の激しい市場環境でさらに成長するための能力を評価します。

カスケードレーザーは市場にディスラプションをもたらすのか?

インターバンドカスケードレーザー (ICL) ・量子カスケードレーザー (QCL) は、中赤外領域でコヒーレントかつ高出力の放射を提供し、赤外線対策、高分解能ガス分光、化学センシングなどに不可欠です。

多くの利点から、カスケードレーザーは急速に成熟し、大容量アプリケーションに定着することが期待されていました。特に、ICL・QCLは半導体の性質があるため、かつてLED・VCSELがそうであったように、この技術が大きく発展し、安価になることが期待されていました。

しかし、ダイナミックな成長は完全には実現しませんでした。レーザーの価格はいまだに高く (1本数千米ドル程度) 、潜在的な「キラー」アプリケーションもまだ登場していません。カスケードレーザーは、主にニッチなアプリケーションで使用されています。

その理由は、技術的なボトルネックだけでなく、CL技術を導入する準備ができていなかった市場にもあります。顧客は非常に保守的で、他にも競争力のある技術が多くありました。しかし、今では採用の可能性が広がっています。

当レポートでは、カスケードレーザー技術の普及を妨げるすべてのボトルネックについて深く考察しています。また、2020年~2026年の市場予測を行うとともに、すべての主要企業について説明し、市場のディスラプションが最終的に起こるかどうかの疑問に答えています。

「キラーアプリケーション」の必要性

当レポートでインタビューを行ったICL・QCLメーカーのほとんどは、カスケードレーザーの大規模な市場開拓を制限する主なボトルネックは「キラーアプリケーション」の欠如であると主張しています。

これまで、ICL・QCLは以下のようなケースで使われてきました。

  • 測定時間が重要な場合 - プロセスラインのガス/液体 (またはプラズマ) の遠隔測定が適用され、一度に何種類も監視することを目的とする (燃焼プロセス、発電所の排気ガス...)
  • 他社の装置ではガスや物質の測定が不可能な場合 (NIR/SWIRではNOxの吸収線がない、SOxの吸収線が弱すぎる、薬剤製造における有毒ガス...)
  • 防衛の場合 (赤外線対策、ビーコン...)

しかし、ICL・QCLは、他のフォトニックソースと比べて、独自の競争力を持っていることが報告されています。

  • 広帯域なレーザー発振と優れた波長可変性により、1つの技術でさまざまな種類の光を調べることができる。
  • 狭い線幅で高分解能を実現。
  • 高速スイッチングと短いパルス持続時間により、オンスタックおよびオンラインモニタリングが可能。
  • ラベル不要の測定により、in-situ、メンテナンスフリー、24時間365日の運用が可能。
  • 高い光出力により、高いS/N比を実現。

当レポートでは、これらの特徴がなぜ市場での大きな成功につながらないのかを詳細に説明するだけでなく、カスケードレーザー技術が今後数年間で最終的に広く使用される可能性があるすべての有望なアプリケーションを分析しています。

これらの部門を見つけるために多くの側面を研究:ICL・QCL関連企業のビジネス・財務情報、レーザー・センシング市場における最近のM&Aの概要、カスケードレーザー・レーザーの分野におけるEU・米国政府が現在出資しているプロジェクトの調査、最近認められた特許の改訂などにより、カスケードレーザー市場の将来に対する明確な結論を導き出すことができました。

コストとサイズの削減

カスケードレーザーは、CO、CO2、CH4、H2O、SOx、NOxなどの主要なプロセス制御ガスや汚染ガスの高速インラインおよびオンラインモニタリングが可能な産業・環境用途で非常によく採用されています。また、国防関係では最新の対策システムに不可欠なものとなっています。しかし、他の分析装置への導入はそれほど進んでいないのが現状です。

その主な理由は、コストとサイズに関連するものです。2020年の時点で、平均容量は約75,000cm3、重量は約30~40kgです。そのため、CL装置の小型化は、CLシステムの広範な導入に不可欠な要素となります。

当レポートでは、調査対象企業に適切な市場情勢を描くために、ICL・QCL技術を主要な競合製品と比較しています。

掲載されているICL・QCLソースメーカー

AdTech Optics、Alpes Lasers、Block Engineering、Daylight Solutions、Pendar Technologies、Hamamatsu Photonics、mirSense、Nanoplus GmbH、Pranalytica、IRGlare LLC、QuantaSpec、Thorlabs、Sumitomo Electric、Quantiox GmbH、Forward Photonics LLC、LD-PD INC、Intraband LLC、Sacher Lasertechnik、LongWave Photonics、Lytid、Akela Laser Corporation、VIGO System、Roithner Lasertechnik、U-Oplaz Technologies、Stratium Limited、IQE、Compound Semiconductor Technologies Global

掲載されているICL・QCLベースの装置プロバイダー

RedShiftBio、Gasera、Bruker、Thermo Fisher、Emerson、Airoptic、Neoplas control、Northrop Grumman、LSE Monitors、Aerodyne Research、Physical Sciences Inc、Picarro、Quantared Technologies、Toshiba、Horiba、IRsweep、Eralytics、AP2E、AVL Emission Test Systems GmbH、LaserMaxDefence、Neo Monitors、Kittiwake Procal、Wavelengths Electronics、Diehl Defence、Los Gatos、Cemtek KVB-Enertec、Boreal Laser、Emsys Maritime Ltd、DiaMonTech AG、KNESTEL GmbH、Healthy Photon、MIRO Analytical Technologies AG、Leonardo DRS、など

レポートの主な特徴

  • ICL・QCL市場の収益、ソースレベル別、システムレベル別
  • 2026年までの市場予測
  • ICL・QCL製品の概要とそのアプリケーション、ソースレベル別、装置別 (テラヘルツ領域は除く)
  • ICL・QCLベースの装置と他の競合システムとの比較
  • ビジネスモデルの分析
  • 大容量アプリケーションでICL・QCLを広く採用するための課題とボトルネックの特定
  • 最近のアプリケーション動向のレビュー (ガス分光にフォーカス)
  • ICL・QCLの魅力的なアプリケーションのレビュー

目次

エグゼクティブサマリー

第1章 イントロダクション

第2章 カスケードレーザーの魅力

  • 固有の機能
  • 年々高まる大きな期待
  • 競争の激しい市場環境

第3章 有名企業による安定成長市場

  • 市場データ
  • 予測
  • 鶏が先か卵が先か問題を解決

第4章 CL技術について

  • CLの仕組み
  • QCL
  • ICL
  • QCL vs. ICL
  • 技術の競合
  • システム用コンポーネント

第5章 アプリケーションについて

  • 情勢と競合
  • 技術
  • セグメントの説明:
    • 業界
    • セキュリティ・セーフティ
    • 防衛
    • 環境
    • 医療
    • 輸送

第6章 結論

第7章 付録

第8章 TEMATYSについて

目次

Enthusiastic forecasts for the broad adoption of Interband and Quantum Cascade Lasers have not fully materialized in the recent years. The following market study investigates the current maturity of Cascade Lasers and evaluate their capabilities for further growth in a competitive market environment.

Will Cascade Lasers finally cause a market disruption?

Interband and Quantum Cascade Lasers (ICLs and QCLs) offer coherent and high power radiation in the mid-infrared range, which is crucial for infrared countermeasures, high-resolution gas spectroscopy and chemical sensing.

Due to many advantages, Cascade Lasers were expected to mature quickly and to settle in large volume applications. Especially the semiconductor nature of ICLs and QCLs gave hope to make this technology largely scalable and cheap, as it happened with LEDs and VCSELs in the past.

Dynamic growth have not fully materialized in the last years. The price of lasers still remains high (around few thousand dollars per piece), and the potentially "killer" applications have not come yet. Cascade Lasers can be mainly found in niche applications.

The reason for that lies both in the technical bottlenecks, but also in the market which has not been ready to implement CL technology. The customers were very conservative and there were many other competitive techniques to choose from. Now the perspectives for adoption are brighter.

All bottlenecks preventing the wider use of Cascade Laser technologies are deeply discussed in this Report. The study provides market forecasts from 2020 to 2026 and also describes all main players to answer the question if the market disruption can finally occur.

The need for "killer application"

Most of the ICL and QCL manufacturers interviewed for the purpose of this Report claim that the main bottleneck limiting a large Cascade Lasers market opening is lack of "killer application". In their shared opinion the technological constraints are not as meaningful as the lack of big player that could incorporate Cascade Lasers in high volume sensors.

So far, ICLs and QCLs have been used in the following cases:

  • When time of the measurement is crucial - then remote measurement of gas/ liquids (or plasma) in the process line is applied, aiming at monitoring few species at once (combustion processes, power plant emission...).
  • When there is no other way to measure gases or substances using competitive equipment (lack of absorption lines in NIR/SWIR for NOx or too weak for SOx, toxic gases in pharmaceutics production...)
  • In defense (infrared countermeasures, beacons...).

However, it has been reported that the ICLs and QCLs stand out from other photonic sources by their unique competitive advantages:

  • Broadband lasing and good tunability allow to investigate different species using only one technology.
  • Narrow linewidth provides high resolution.
  • Fast switching as well as short pulse duration enable on-stack and on-line monitoring.
  • Label-free measurement offers in-situ, maintenance-free and 24/7 operation.
  • High optical power results in significant signal-to-noise ratio.

This report not only details why these features have not translated into large market success but also analyzes all promising applications that could finally make Cascade Laser technology widely used in the next years.

Many aspects have been studied to find these sectors: business and financial information of ICL- and QCL-related companies, overview of recent mergers and acquisitions on the laser and sensing market, examination of currently funded projects by the EU and US government in the field of Cascade Lasers and lasers, and revision of recently acknowledged patents. This allowed to draw a clear conclusions for the future of Cascade Lasers market.

Cost and size reduction

Cascade Lasers has been very well adopted in Industrial and Environment applications where they can offer fast in-line and on-line monitoring of main process control and pollution gases: CO, CO2, CH4, H2O, SOx, NOx etc. They are also vital in Defense use serving for modern countermeasure systems. However, the adoption in other analyzers is not as wide.

The report shows that the main issue behind that was related to cost and size. Footprint and weight of CL instruments has not been really reduced in the past years. In 2020 the average volume was still about 75 000 cm3 and the weight around 30-40 kg. That is why miniaturization of CL instruments is likely to be an inherent part of the broader adoption of CL systems.

Thread posed by growing competition

Until Cascade Lasers were developed, the mainstream mid-IR solution for spectroscopic applications was either FT-IR, which utilizes an interferometer plus white light derived from ceramics/ tungsten, or dispersive infrared spectroscopy, in which a diffraction grating is used. Recently, an IR-based photoacoustic detection is getting more and more was popularity.

However, there are also other non-photonic analyzers that grow and pose new thread for CL-based solutions. These are: NIR TDLAS, NIR CRDS, NDIR, Raman, ChemFET, MOS, chromatography, mass spectroscopy, PID/FID, Paramagnetic Detectors (PMD), Chemiluminescence, Pellistor, and Electrochemical sensing. There are also methods using 2D imaging instead of single point detection, the most common being hyperspectral imaging.

This Report compares ICL and QCL technologies with main competition in order to draw a proper market landscape for all recipients of the study.

ICL and QCL sources manufacturers mentioned in the report:

AdTech Optics, Alpes Lasers, Block Engineering, Daylight Solutions, Pendar Technologies, Hamamatsu Photonics, mirSense, Nanoplus GmbH, Pranalytica, IRGlare LLC, QuantaSpec, Thorlabs, Sumitomo Electric, Quantiox GmbH, Forward Photonics LLC, LD-PD INC, Intraband LLC, Sacher Lasertechnik, LongWave Photonics, Lytid, Akela Laser Corporation, VIGO System, Roithner Lasertechnik, U-Oplaz Technologies, Stratium Limited, IQE, Compound Semiconductor Technologies Global.

Providers of ICL and QCL-based equipment mentioned in the report:

RedShiftBio, Gasera, Bruker, Thermo Fisher, Emerson, Airoptic, Neoplas control, Northrop Grumman, LSE Monitors, Aerodyne Research, Physical Sciences Inc, Picarro, Quantared Technologies, Toshiba, Horiba, IRsweep, Eralytics, AP2E, AVL Emission Test Systems GmbH, LaserMaxDefence, Neo Monitors, Kittiwake Procal, Wavelengths Electronics, Diehl Defence, Los Gatos, Cemtek KVB-Enertec, Boreal Laser, Emsys Maritime Ltd, DiaMonTech AG, KNESTEL GmbH, Healthy Photon, MIRO Analytical Technologies AG, Leonardo DRS and many more.

Key Features of the report:

  • Revenues of the ICLs and QCLs markets at the level of sources and systems
  • Market forecasts up to 2026
  • Comprehensive overview of ICL and QCL products and their applications at the level of sources and equipment (excluding THz range)
  • Comparison of ICL and QCL-based equipment with the other competitive systems
  • Business models analysis
  • Identification of challenges and bottlenecks for the broader adoption of ICLs and QCLs in large volume applications
  • Review of the recent application trends (with the focus on gas spectroscopy)
  • Review of potentially attractive applications for ICLs and QCLs

Table of Contents

Executive Summary

1. Introduction

  • Study goals and objectives
  • Information sources and methodology
  • Scope of the report
  • Glossary
  • Definitions
  • List of companies mentioned in the report

2. The charm of Cascade Lasers

  • Inherent features
  • Large expectations growing throughout the years
  • Competitive market environment

3. Steadily growing market with well known players

  • Market data
  • Forecasts
  • Solving the chicken and egg problem

4. About CL technology

  • How do CLs work
  • QCLs
  • ICLs
  • QCLs vs. ICLs
  • Technological competition
  • Components for systems

5. About applications

  • Landscape and competition
  • Techniques
  • Segment description:
    • Industry
    • Security & Safety
    • Defense
    • Environment
    • Healthcare
    • Transports

6. Conclusions

7. Appendices

8. About TEMATYS