特种光纤结构、产业链、分类及行业壁垒分析

最佳答案 匿名用户编辑于2023/10/11 14:41

行业技术壁垒较高。

1、实现特种功能的光纤,应用于有源/无源器件、激光器和光纤传感

光纤是“大纤维”概念中的一支,光纤是可以实现光波导的功能的纤维,一个简单 的纤芯和包层结构,实现了光信息传输。光纤作为一种基础原材料有很多优势,小、轻、 价格低、化学成分稳定、抗电磁干扰、可编织等,有潜力在很多特殊环境下使用。特种 光纤属于光纤的一类,可以具体细分成特殊结构、特殊涂层和特殊材料。 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。

从产业链划分,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。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通信领域、军工领域、电力领域、医疗 领域、能源和轨道交通应用领域等。

根据《中国光电子器件产业技术发展路线图 2018-2022》,特种光纤按照应用分为 有源及无源器件用特种光纤、激光器用特种光纤及光纤传感用特种光纤三类。 有源及无源器件用特种光纤:包括掺铒光纤(EDF)、保偏光纤(PMF)、耦合 光纤及稳相光纤光缆等,主要应用于光纤放大器、光纤耦合器、泵浦激光等有 源及无源器件。 激光器用特种光纤:包括掺镱光纤(YDF)、无源匹配光纤(GDF)和激光输 出的大芯径传能光纤等,主要应用于光纤激光器(包括连续型/脉冲型的低功率、 中功率、高功率、超高功率光纤激光器)。 光纤传感用特种光纤:包括抗辐射光纤、耐高温光纤、旋转光纤、抗弯曲光纤 (BI 光纤)以及特殊多模光纤等,主要应用于光纤陀螺、光纤水听器等光纤传 感器。

2、“卡脖子”关键技术,行业壁垒较高

特种光纤属于“卡脖子”类关键技术。特种光纤技术发展方向符合国家重点解决“卡 脖子”关键技术领域的战略方针,对突破国外专利壁垒和技术封锁,助力国产替代具有 重要意义。《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022 年)》中对特种光纤产 业重点发展目标作出规划,明确在 2022 年实现 EDFA 用 EDF 国产化,中低功率光纤激 光器用双包层 YDF 国产化率超过 50%,国产器件用 PMF 市场占有率超过 50%等。

特种光纤制备工艺复杂,技术要求高。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。 强调自有技术研发能力。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。

对特种光纤厂商而言,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。

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。 光纤预制棒是特种光纤制备的关键原材料。

光纤预制棒是光纤光缆产业链中附加值 最高的一环,也是光纤工艺中最重要的部分,根据高瞻网,光纤预制棒占产业链利润约 70%。当前商业生产光纤预制棒已经发展成为“两步法”,第一步为生产芯棒,第二步为 在芯棒上附加外包层,制成预制棒,其中芯棒生产为关键步骤。芯棒的制造工艺主要有 四种:汽相轴向沉积法(VAD)、外汽相沉积法(OVD)、改进汽相沉积法(MCVD)和 等离子体化学汽相沉积法(PCVD)。