포토닉스 분야의 차세대 혁신 물결

아인슈타인이 기초를 다졌다 1917년에 출판된 그의 획기적인 기사 "방사선의 양자 이론"에서 레이저 기술에 대해 설명합니다. 수년간의 개발 끝에 최초의 널리 상용화된 레이저는 1960년대에 시장에 출시되었으며, 이때 레이저는 과학에서 수술에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용되었습니다. 초창기부터 좁고 집중된 광선을 생성하는 레이저의 고유한 능력은 바코드 스캐닝, DNA 서열 분석, 반도체 칩 제조를 비롯한 많은 다른 사용 사례를 가능하게 했습니다. 가장 새로운 응용 프로그램 중 하나인 NASA 탐사선 큐리오시티(Curiosity)는 레이저 지원 장비를 사용하여 화성의 암석을 폭파하여 과학자들이 생성된 증기의 화학 물질을 분석할 수 있도록 했습니다.

이 기사는 Gaurav Batra, Ryan Fletcher, Kairat Kasymaliev, Abhijit Mahindroo 및 Nick Santhanam의 공동 노력으로 McKinsey Advanced Electronics Practice의 견해를 대변합니다.

레이저 시장은 1970년대 이후 꾸준히 성장해 왔지만 지난 10년 동안 혁신과 매출 성장이 둔화되었습니다. 핵심기술이 성숙해지면서 많은 저가 기업들이 시장에 뛰어들었다. 이는 통신 전송, 마킹 및 조각, 바이오센싱과 관련된 제품을 포함하여 대량 최종 제품에 사용되는 레이저의 평균 판매 가격에 압력을 가하고 있습니다. 그러나 이 분야는 이제 레이저가 광학 및 센서와 점점 더 결합되어 더욱 정교한 응용이 가능해지는 새로운 혁신 시대의 정점에 와 있습니다. 다수의 산업 분야에서 여전히 개발 중인 이러한 통합 장치는 레이저 시장을 고성장 궤도로 되돌릴 수 있을 뿐만 아니라 주요 가치 원천이 될 수도 있습니다.

포토닉스 산업 이해관계자들이 앞으로의 기회를 평가할 수 있도록 돕기 위해 우리는 레이저 최종 시장 전반의 최근 개발 상황을 평가했습니다. 그런 다음 이러한 기술이 레이저와 결합될 때 제공할 수 있는 고유한 기능에 중점을 두고 광학 및 센서 부문을 자세히 살펴보았습니다. 소유자, 운영자 및 이사회 구성원을 포함한 업계 이해관계자는 이러한 이점을 인식하고 합병, 인수 및 전략적 파트너십을 통해 회사의 기술 역량을 확장하기 위해 빠르게 움직이고 있습니다. 투자자들도 주목하고 있다.

레이저 기술은 처음부터 지속적으로 발전해 왔지만 두 가지 혁신 시대가 두드러집니다. 1970년대와 1980년대에 걸쳐 연구자들은 기술을 발전시키는 핵심 레이저 물리학에서 중요한 발견을 했습니다. 그러나 많은 응용이 과학, 실험실 및 R&D 환경으로 제한되었습니다. 그리고 최근 30년 동안 레이저 장치는 성능, 견고성 및 신뢰성을 향상시키기 위해 개선되면서 실제로 실험실에서 상업 영역으로 이동했습니다. 이때 수술, 리소그래피, 용접과 같은 새로운 레이저 응용 분야가 많이 등장하여 의료에서 ​​전자, 산업 제조에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 이러한 혁신을 통해 레이저 장치 시장은 2020년까지 170억 달러 규모의 가치를 달성할 수 있었습니다.

업계의 기술 발전과 강력한 수익에도 불구하고 최근 일부 지표는 우려를 불러일으킵니다. 등록된 특허 수를 기준으로 혁신의 속도를 측정해 보세요. 2001년부터 2010년까지 연구자들은 레이저 관련 특허에 대해 29,000건 이상의 미국 출원을 제출했습니다. 이는 지난 10년보다 2배 이상 증가한 수치입니다(자료 1). 그러나 2011년부터 2020년까지 신청 건수는 약 24,000건에 불과했습니다. 이러한 감소는 전통적으로 특허 출원이 10년마다 두 배로 증가했던 업계에서 이례적인 일이었습니다.

레이저는 고체를 사용할 수 있습니다. 액체 또는 가스를 이득 매질(광 증폭원)로 사용하여 원하는 간섭성 광선을 생성합니다. 이러한 광선은 주파수와 파형이 동일한 광자(전자기 방사선의 최소 이산량 또는 양자를 나타내는 입자)로 구성됩니다. 이러한 균일성은 빔이 퍼지거나 확산되는 것을 방지합니다. 가스 레이저는 CO2 또는 기타 가스를 이득 매체로 사용하며 일반적으로 고체 레이저나 액체 레이저보다 더 적은 손실로 더 균일한 방출을 제공합니다.