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发布时间:2019-07-11 00:00:00

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2020年特种光纤行业调查报告

  • 分类:国内动态
  • 作者:摘自网络
  • 来源:
  • 发布时间:2020-08-06 15:41
  • 访问量:

【概要描述】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。近年来,在我国大力推进产业技术升级,加强行业自主创新背景下,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。

2020年特种光纤行业调查报告

【概要描述】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。近年来,在我国大力推进产业技术升级,加强行业自主创新背景下,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。

  • 分类:国内动态
  • 作者:摘自网络
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  • 发布时间:2020-08-06 15:41
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一、特种光纤概览

    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件及光纤陀螺、水听器等。

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    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性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属性要求,要求厂商需要有长期的技术研发积累和快速的技术响应能力;另一方面,为满足特定需求,特种光纤的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。

    因此,虽然国内特种光纤行业参与厂商众多,但成规模且具有自主创新能力的厂商并不多见。而近年来全球地缘政治不确定性的背景下,强化自有技术研发能力,降低对国外进口依赖成为特种光纤厂商发力的重要方向,这也符合国家重点解决“卡脖子”关键领域的整体战略方针。

特种光纤品种繁多,按照应用方向分为有源及无源器件用特种光纤、激光器用特种光纤和光纤传感器用特种光纤三大类别。

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    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。近年来,在我国大力推进产业技术升级,加强行业自主创新背景下,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。

1、宏观环境

    2007年,美国对华高科技出口管制的20类产品清单中明确包含了特种光纤,禁运导致我国在特种光纤领域长期存在较大的市场缺口。近年来,在政策支持下,我国特种光纤领域获得了长足的进步,但由于特种光纤市场分散、产品种类繁多,生产技术复杂、制造成本较高、标准缺失等原因,特种光纤行业相比发达国家仍有差距,阻碍了相关下游应用领域的发展。为此,在“卡脖子”的特种光纤领域,“坚持自主创新,打破技术封锁”已经成为国内特种光纤行业的共识,国内特种光纤企业亟需突破技术壁垒,实现跨越式发展。

2、产业生态链

    从产业链角度划分,特种光纤产业的上游包括了预光纤制棒制备所需衬管、套管、涂料,以及惰性气体(氮气、氩气)、二氧化碳、光敏胶、光纤封装胶、固定胶、热固性硅树脂液体、紫外光固化丙烯酸酯液体、聚氨基甲酸乙酯等。

    值得注意的是,对于特种光纤厂商而言,对上游全工艺流程技术的掌握具有突出的价值。特种光纤由于其突出的场景适配性需求,通过生产链全方面的进行研发适配以满足特定需求成为重要的核心竞争力,不仅可以从多方面进行系统性设计提高产品技术指标,另一方面也极大地缩短了产品技术研发时间,实现产品设计的快速响应外,还可以提升生产环节的良率问题。以光纤器件固化胶为例,光纤器件固化胶在特种光纤的生产过程中主要起固定和密封作用。光纤器件固化胶需要和特种光纤涂覆材料的使用性能匹配,才能更好的发挥特种光纤的应用特点,尤其是在军工、航天等对特种光纤光学性能、机械可靠性要求较高的重点领域,具有一定实力的特种光纤企业,也会采用自研光纤器件固化胶的方式来提升产品竞争力。

    特种光纤中游为特种光纤的制造,其生产之后,部分产品会直接销售至航空、航海、电力、制造等下游采购行业;另一方面,部分特种光纤厂商也会通过与光纤传感等器件和软件系统(例如来自理工光科的光纤光栅应变/温度传感器和软件平台等)集成,向解决方案商迈进,以解决方案的形式销售至下游行业。

    特种光纤下游应用环境主要包括以下几类:

    通信领域:主要包括掺镱或掺铒元素用于激光器和信号放大的有源光纤、通信用的保偏光纤、通信传输色散管理使用的色散补偿光纤、应用于无源光产品的耦合和抗弯曲光纤等。

    军工领域:用于航空航天核心器件光纤陀螺(fiber optical gyro,FOG)保偏光纤,抗高温高压等恶劣环境的耐高温光纤、抗弯曲光纤、抗辐射光纤、紫外光纤等,用于光纤延时器的抗辐射光纤; 此外还有用于激光雷达的大功率激光传输光纤和光缆,超连续谱的光子晶体光纤。

    电力领域:主要包括用于风电、特种高压电流监控、换流阀控制的大芯径、保圆光纤和电力光缆组件等。

    医用领域:主要包括用于激光手术、激光成像以及医学传感的特殊孔径、大芯径光纤和光纤传感产品。

    能源、轨道交通应用领域:用于石油石化的耐高温光纤和光缆,用于长距离石油管道的振动传感光缆,用于轨道交通机车加工的大芯径传能光纤和轨道结构健康监测的传感光纤光缆。

3、市场规模

    受国内经济转型影响,实体经济发展尚在恢复之中,特种光纤市场需求稳中有降。据测算,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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二、产业动态

1、当前市场特点

    特种光纤市场居有以下几个方面的特点:

    (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。

    (2)关键技术和原材料制备能力,成为行业竞争的核心能力

    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。包括光敏胶、封装胶、固定胶在内的各类工业胶水,对特种光纤的性能参数有重要影响,部分本土厂商已能够使用特制的固化胶水来提升特种光纤性能。但是整体来看,特种光纤关键设备和原材料能力的欠缺,对国内特种光纤行业的发展产生了阻碍。行业内具有预见力的企业,已经开始了关键技术的集中攻关,能够率先实现技术突破的企业有望在未来的市场竞争中脱颖而出。

    (3)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。

    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的大部分市场份额仍被外国厂商占据,国产中低功率YDF已开始量产,正在高功率产品方面奋起直追。

    在陀螺用保偏光纤方面,因国际禁运,市场被国内厂商占据,器件用PMF已实现小部分国产化,但大部分市场由国外厂商占据,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,甚至部分技术指标已为国际领先。

    在抗辐射、耐高温、抗旋转、抗弯光纤等,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。

2、产业竞合关系

    目前,特种光纤市场参与者主要有三类:传统光纤厂商、特种光纤厂商、特种光纤研究机构。

    近几年,我国特种光纤市场需求增长很快。根据行业应用领域的不同,特种光纤定制化需求差异巨大,这就要求特种光纤厂商对行业有深刻的认知。传统光纤厂商一般不会涉足多个行业细分领域。在更为广阔的特种光纤市场中,传统光纤厂商、特种光纤厂商和特种光纤科研机构之间的合作关系更为紧密。特种光纤厂商会从传统光纤厂商采购光纤预制棒等原材料,传统光纤厂商也会采购特种光纤厂商产品来完善自身的解决方案,而特种光纤科研机构与这两类厂商在特种光纤科研领域,有着广泛的合作。

三、产业趋势

1、市场规模趋势

    2020年的疫情对行业产业链形成了一定程度的影响,而且这种影响将在全球范围内存在一定时期。随着国内疫情快速得到控制,预计在新基建的强力推动下,2020年中国特种光纤市场将达到102.1亿元规模,同比小幅增长4.3%;2021年后特种光纤市场将在疫情后迎来高速增长,在航天、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%。

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2、未来趋势

    特种光纤行业的发展,呈现以下几个方面的趋势:

    (1)疫情再造全球产业链,有利于中国制造业企业赢得全球市场的主动权

    21世纪国家间、企业间的竞争,本质上是供应链间的竞争。经过40余年的发展,中国已经成为全球有影响力的制造业大国。供应链是制造企业核心竞争力的重要来源,稳健的供应链体系还是保障一个国家制造业安全的基础,供应链体系建设更是推进制造业转型升级的有效途径,构建强大、智慧、安全的制造业供应链体系,具有重大的现实意义。

    此次疫情对全球产业链形成了巨大的冲击,率先从疫情中恢复的企业,能够获取巨大的竞争优势。2020年3月底,工信部发布了《工业和信息化部办公厅关于开展产业链固链行动 推动产业链协同复工复产的通知》,明确提出开展产业链“固链行动”,推动产业链协同复工复,重点加快5G网络、物联网、大数据、人工智能、工业互联网、智慧城市等新基础设施建设,加快制造业智能化改造。“固链行动”的推出,将有利于中国制造业企业的生产恢复,从而赢得全球市场的主动权。

    (2)新基建推动特种光纤市场快速发展

    新基建是指以5G、人工智能、工业互联网、工业物联网为代表的新型基础设施,本质上是信息数字化的基础设施。特种光纤具备复杂环境下的海量数据传输能力,能够广泛的应用于5G、特高压、、轨道交通、工业互联网等新基建重点建设方向。比如,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。

    (3)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的专利布局。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。

    (4)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的发展,光纤传感技术是一种以光波作为载体、以光纤作为媒介感知并传输外界变化的现代化传感技术,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,不会对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的重视,被广泛应用在电力工程、军事防御、周界安防等领域。BCC Research报告显示,从2016年到2021年,全球光纤传感器市场将从2016年的20亿美元增长到2021年的32亿美元,复合年增长率(CAGR)为9.9%。

    (5)疫情影响全球格局,国防军工行业快速发展

    当前,国际政治与安全局势复杂多变,不确定因素显著增加,难民危机、宗教冲突等加速蔓延,国际安全形势面临新挑战。在此背景下,重点发展国防军贸产业,有着积极的现实意义。

    军贸各方向中,导弹长期是全球军贸的重点产品。由于武器装备技术升级加速,越来越多的国家会失去高端武器总体研制的资金与技术实力,因此购买导弹进行防御对于中小型国家而言是较好的国防策略;同时,现代战争已经不是二战时代的火力覆盖方式,精确打击已成为重要手段,导弹在未来战争中的需求更为迫切;最后,无论外贸飞机还是舰船,都需要配置导弹作为火力单元。

    根据ReportLinker发布的《全球导弹和导弹防御系统市场预测导弹市场分析报告2027》,全球导弹和导弹防御系统市场规模将从2018年的550亿美金,增长到2027年的930亿美元,年复合增长率6%。在2018-2027年期间,全球和导弹防御系统合计市场规模为7253.7亿美元。

    光纤陀螺对导弹和导弹防御系统的高精度制导起着重要作用,而特种光纤是组成光纤陀螺的核心组件之一,同时用于光纤陀螺的特种光纤也是海外长期禁运的高技术产品。海外禁运也给了中国本土特种光纤厂商发展的机遇,这些企业随着中国在国际军工贸易中地位的提升而逐步壮大,成为中国军工产业体系的重要组成部分。

    (6)商业航天领域的快速发展拉动特种光纤市场稳步增长

    商业航天产业兴起于美国,而美国也是全球商业航天产业市场份额最大的国家。美国从航天立法还是从政策支持方面,都大力扶持商业航天发展,不断推出商业航天资助计划,比如商业载人航天和货物运输计划、商业轨道运输服务、商业补给服务等,培养了SpaceX、蓝色起源等为代表的一批商业航天公司。根据美国航天基金会发布的数据,2017年全球航天经济总量是3835亿美元,其中商业航天是3073亿美元,占比80.13%,商业航天的市场规模已经达到了全球航天经济总量的4/5。

    中国在商业航天领域奋起直追,国家陆续发布政策,支持产业发展。从2015年开始,国内的投资机构逐渐关注商业航天赛道,投资商业航天的机构数目从2015年的24家增至2018年的90家。社会资本的注入,为中国的商业航天发展提供资金支持。

    应用于航天领域的特种光纤,需要在高温、高压等恶劣环境中,以及宇宙辐射环境下实现光通信,从而实现航天飞行器的姿态和轨迹控制等功能,未来商业航天的快速发展,将有效拉动特种光纤的市场需求。

    (7)光纤陀螺成为特种光纤市场持续增长

    构成光纤陀螺的五大光学器件分别是特种光纤绕制的光纤环、Y波导、光源、耦合器、PIN-FET组件。其中,光纤环是将特种光纤材料按照相关的体积要求、光学要求、振动要求,配合各种辅料绕制成固定的光学器件,光纤环和Y波导是光纤陀螺中两大关键器件。不同种类或不同精度的光纤陀螺对光源的谱宽、功率及工作波长均有各自不同的要求,根据工作波长主要分为SLD光源和ASE光源。如果按使用700米特种光纤绕制而成的一个光纤陀螺计算,其成本的典型构成是光纤环占光纤陀螺总成本的36%左右,Y波导占比约为21%,SLD光源占比约为16%,PIN-FET组件占比约为8%。

    光纤陀螺作为惯性技术与光电子技术紧密结合的产物,具有精度高、无运动部件、可靠性高等特点,同时在同精度水平的传感器中价格相对较低,其应用前景十分广阔,已被应用于军事、航空航天、石油勘探、自动驾驶等多个领域。目前,在军用领域,由于光纤陀螺仪性能优势明显,已被广泛应用,基本取代了传统机械陀螺仪。光纤陀螺仪市场增长的主要动力是各国国防开支的增长。与此同时,无人机、工业建设等民用市场也逐渐成为光纤陀螺仪新的应用市场。用保偏光纤绕制的光纤陀螺敏感环,提高了光纤的机械可靠性,温度稳定性及环境适应性,优化了光纤的纵向均匀性及批次一致性,具有良好的全温稳定性、环境适应性及机械可靠性。

    受新冠肺炎疫情影响,全球宏观经济下行风险增加,全球经济将面临贸易紧张加剧、贸易政策不确定性上升、主要经济体下滑超出预期、新兴经济体和发展中国家金融动荡等风险。2020年4月,IMF预测2020年全球经济衰退3%,同时伴随着巨大的不确定性。经济因素的不确定性加大地缘冲突风险,为积极应对国际形势的变化,2020年中国国防预算增长6.6%。目前,我国国防建设仍处于“补偿式”发展期,同时即将进入第二阶段现代化建设,预计军费有望保持长期增长态势。光纤陀螺是精准打击武器的重要组件,其市场受国防开支影响较大,根据赛昇信息技术研究院的数据,2019年国内光纤陀螺的市场规模为105.2亿元,并在未来长期保持稳健增长态势,未来2019至2024年复合增长率为19.6%。

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    (8)光纤激光器替代加速,打开特种光纤广阔市场空间

    光纤激光器是一种固体激光器,其工作的增益介质为掺稀土元素的特种光纤。光纤激光器具有输出激光光束质量好、电光效率高、可加工材料范围广、综合运行成本低等技术性能和经济性能等方面的优势。相比二氧化碳激光器,光纤激光器光转化效率更高,使用成本较低。根据OFweek激光网的测算,光纤激光器的使用成本为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激光器,光纤激光器功率高、效率快且免调节、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、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等。

    根据赛昇信息技术研究院数据显示,2019年我国光纤激光器市场年销售总额为82.6亿元,增长率为6.7%。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。

3、疫情影响

    2020年新年的疫情对特种光纤产业提出了挑战,但同时也对产业发展产生了重要的战略机遇。

    从挑战而言来自于三方面:

    第一:产业产能的影响:围绕湖北武汉为核心是我国的特种光纤产业的重要基地,产能的下降也将带来行业在短期内存在下滑;

    第二:供应链挑战;由于疫情导致的发展停滞,产业链基本处于停摆状态,生产工序在一定时间内正常开展;

    第三:生产成本挑战:疫情将带来产业链过程中的各个如基础物料、人工等环节产生价格的提升,最终将造成整体产品成本的上涨。

    而从机遇点来看:

    第一:疫情将进一步加快全行业数字化、智能化程度,进而带动各类下游的应用需求迸发,将加快本行业未来的增长;

    第二:疫情将带来产业的新一轮洗牌,中小厂商逐步淡,将加快行业优势资源向头部企业聚合,也更有利于头部企业加快产业技术突破;

    第三:疫情后,国家将推动新型基础设施建设,其中工业互联网、AI等领域将为下游领域带来各种特种光纤应用需求快速提升。

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