データ通信市場向けVCSEL サイズと展望 2022-2030

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市場動向

データ通信市場におけるVCSELの世界的な推進要因

データセンターにおけるVCSELの需要増加

垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）と呼ばれる特殊なレーザーダイオードは、伝送速度と効率を向上させることで光ファイバー通信に革命をもたらす可能性を秘めています。VCSELは850ナノメートル（nm）と1300ナノメートル（nm）でエネルギーを放射します。これらの波長は、スペクトルの近赤外（IR）領域からの電磁放射に相当します。VCSELは信頼性が高く、製造コストが低いため、ローカルおよび短距離データ通信ネットワークの標準技術として、エッジ発光レーザーに取って代わりつつあります。データセンターでは、特にネットワーク経由で伝送されるデータの大部分が比較的大容量である場合に、通常850nm発光VCSELが使用されます。大企業がデータセンターを定期的に展開するにつれ、VCSEL技術の需要は高まっています。

データ通信を活用した電力会社の業務効率向上

データ通信インフラは、コアコンピテンシーを強化し、VCSEL技術の新たな市場展望を開拓する可能性のある強力な戦略的資産へと発展しました。既存の通信機能を拡張し、データ通信を戦略的に開発することで、電力会社は信頼性の向上、運用コストの削減、運用効率の最大化、そして新たな収益源の創出を実現できます。データ通信と通信を効果的に活用することで、電力会社は電力網の近代化、停電管理、セキュリティ、高度なメーター、マッピングとステーキング、モバイルワーカーの管理、顧客とベンダーとの関係管理など、今日の多くの重要な課題に、より効果的に対処できるようになります。さらに、データ通信イニシアチブを成功させるには、高度な技術力、最先端のVCSEL技術、そして実績のある成功戦略が必要です。これらの側面は、データ通信用VCSELの市場拡大を促進するはずです。

データ通信用VCSELの世界市場における制約

機器メーカー間の標準化の欠如

データ通信用VCSEL市場は、機器メーカー間の事業の統一性の欠如により、期待されたほど急速に拡大しない可能性があります。設計と使用における標準化の欠如は、多くの電子機器や機器が直面する主要な課題の一つです。現在、市場にはベンダー固有のデータ通信プロトコルが数多く存在しています。このため、既存のデータベースの多くは不一致が発生しています。通信業界では様々な通信プロトコルが使用されており、これらのプロトコルのほとんどをサポートできる通信モジュールを提供している企業もいくつかあります。その結果、様々な業種において、ニーズによっては異なるプロトコルへの移行が困難になる可能性があります。

データ通信用VCSELのグローバル市場機会

ワイヤレス接続の需要急増

データ通信用VCSEL市場は、ワイヤレス技術の需要急増により、新たな発展の可能性を秘めています。多くの企業が、無線通信技術、特にセルラー技術の進歩を活用し、グローバルな資産追跡を行っています。多くの用途において、これらの技術は効率的かつグローバルな通信を可能にします。ワイヤレスデバイスは、プロセスやインフラアプリケーションではアクセスできない遠隔地のステーションやフィールド機器からのデータの記録を容易にします。

ワイヤレスネットワークは、過酷な環境下でもM2M通信をサポートするために迅速かつ効率的に設置できるため、産業界にも人気があります。これらの要素は、特に高度に工業化された地域において、データ通信用VCSEL市場の拡大を後押ししています。これらの要因により、データ通信用VCSEL市場の今後の成長は収益性の高いものになると予想されます。

セグメント分析

データ通信用VCSELの世界市場は、タイプと材料によってセグメント化されています。

タイプ別では、データ通信用VCSELの世界市場は、シングルモードとマルチモードに分かれています。

マルチモードセグメントは市場への最大の貢献者であり、予測期間中は14.7%のCAGRで成長すると予想されています。マルチモードVCSELは、最大25GB/sのデータレートにおいて、電気的寄生成分が低い高性能で信頼性の高いデバイスです。このVCSELは、複数の横モードと単一の縦モードで動作し、発散角の小さい円対称ビームを放射します。このビームは、50/125および62.5/125μmのマルチモード光ファイバーに効率的に結合できます。これらの850 nm VCSELは、100G SR4光モジュール、25G SFP28モジュール、25Gおよび100Gのアクティブ光ケーブル（AOC）などの短距離マルチモード光ファイバー用途に使用されます。

市販されているVCSELのほとんどは850 nmで動作し、超高速データ伝送の厳しい要件を満たすように設計されています。データ通信用VCSEL市場は、より高いデータレートに対する需要の高まりにより、今後の成長が見込まれています。垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）とマルチモード光ファイバーは、この市場の過去10年間の目覚ましい成長において重要な役割を果たしてきました。

シングルモードVCSELは2000年頃に初めて利用可能になり、それ以来、主に光学マウスなどの光誘導用途に利用されてきました。さらに、原子時計の製造にもシングルモードVCSELが使用されています。マルチモードVCSELの符号化帯域幅の制限に対する現実的な解決策として、少数モードまたはシングルモードVCSELの使用が挙げられます。次世代データ転送アプリケーションでは、極めて高い伝送ビットレートが求められると予測されています。そのため、850 nmにおける波長分散を低減することが不可欠です。この要件はシングルモードVCSELによって満たすことができ、マルチモードファイバーの伝送範囲が拡張されます。そのため、現在、シングルモードVCSELは、データ転送よりもデータ転送を含むアプリケーションで使用されています。

材料別に見ると、データ通信用VCSELの世界市場は、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、インジウムリン、その他に分類されます。

ガリウムヒ素が最も大きな割合を占めており、予測期間中に13.6%のCAGRで成長すると予測されています。単結晶薄膜太陽電池や多接合太陽電池において、ガリウムヒ素（GaAs）は高価で高効率な太陽電池にとって不可欠な半導体材料です。光通信や制御システムに利用される発光ダイオード（LED）は、ガリウムヒ素を用いて製造されています。その最大の利点である高速性により、ガリウムヒ素は他の材料と比較して需要が高まっています。ガリウムヒ素はシリコンの約5倍の速度で電子を伝導します。また、回路素子を作成するために不純物をドープする前のガリウムヒ素は、電流に対する高いインピーダンスを有しています。これらの要因により、今後予想される期間中、データ通信市場においてVCSELの市場拡大の機会が生まれると予想されています。

シリコンデバイスと比較して、一定の抵抗値とブレークダウン電圧でよりコンパクトなデバイスを製造できるため、窒化ガリウム（GaN）はシリコンベースのトランジスタに代わる高性能な代替材料として浮上しています。 GaNベースの垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）は、近年ますます注目を集めています。VCSELのアレイ化能力、低閾値電流、高周波動作により、GaN-VCSELは光ストレージ、ディスプレイ、レーザープリンター、光通信、プロジェクター、固体照明、バイオセンサーなどの分野に応用可能です。

地域分析

北米が世界市場を席巻

世界のデータ通信用VCSEL市場は、北米、欧州、アジア太平洋、LAMEAの4つの地域に分かれています。

北米は世界のデータ通信用VCSEL市場における最大のシェアを占めており、予測期間中は年平均成長率（CAGR）12.8%で成長すると予想されています。北米におけるこの市場の収益性の高い拡大の主な要因は、VCSELの低コスト化、オプトエレクトロニクスデバイスの性能向上、そして480～1300nmの波長範囲です。新しいデータ伝送技術の登場と、予測期間中のそれらの急速な拡大により、VCSELの使用は著しく増加すると予想されます。 II-VIは2020年1月30日、垂直統合型150mmガリウムヒ素（GaAs）技術プラットフォーム上に、新しい高速垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）を発表しました。これは、民生用電子機器における光高解像度マルチメディアインターフェース（光HDMI）ケーブルの需要増加に対応するためです。

ヨーロッパは予測期間中、年平均成長率（CAGR）13.90%で成長し、1億6,089万米ドルの市場規模を生み出すと予想されています。データセンター内における短距離接続用データ通信におけるVCSELの需要増加により、ヨーロッパでは予測期間中にVCSEL市場の高い成長率が見込まれています。長波長・大容量通信にこれらの赤外線レーザーを用いて都市間を接続することは、これまで例のないこととなっています。フィリップスフォトニクス社によると、照明、データ通信、電力用途向けVCSELパイロットライン・プロジェクトが完了し、データ通信などの用途向けVCSEL技術ソリューション（VIDaP）の開発に取り組んでいるとのことです。

日本、中国、インドといった発展途上国における通信業界の技術開発と成長の加速により、アジア太平洋地域は業界において大きなシェアを占めています。アジア太平洋地域のVCSEL市場は、一人当たり所得の上昇と自動車産業における価格の手頃さにより、今後1年間で大きな変化が見込まれています。小型、低消費電力、優れた信頼性、そして製造コストの低さといった利点から、VCSELは様々な用途で広く利用されています。

LAMEAの世界のデータ通信用VCSEL市場におけるシェアは、かなり小さいです。通信業界における技術進歩は、LAMEAにおけるVCSEL市場の拡大要因となっています。ラテンアメリカ諸国におけるインターネット接続率は全人口の56.1%に達しており、LAMEAのIMSモバイルに関する新たな調査によると、チリなどの国では接続率が上昇しており、71%となっている。

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データ通信市場向けVCSELのトップ競合他社

1. Hamamatsu Photonics K.K
2. Trumpf
3. II-VI Incorporated
4. RPMC Lasers
5. Bandwidth10
6. Vixar Inc. (Osram Opto Semiconductor)
7. Vertilas GmbH
8. VI Systems GmbH
9. Ushio America INC.
10. Vertilite.

最近の開発状況

• 2022年8月 - VCSELおよびフォトダイオードソリューションの世界的リーダーであるTRUMPF Photonic Componentsは、商用および産業用途向けシングルモードVCSEL製品向けの最新鋭の製品プラットフォームを発表しました。品質・安全監視システムに使用されるため、光センシングや実験室試験・測定機器にVCSELを使用する産業用途では、効率性と極めて高い精度が求められます。この最新鋭のVCSELプラットフォームにより、これらのニーズを満たすことができます。
• 2022年9月 - TRUMPFは、今年のEuroBLECH見本市において、レーザー切断装置向けの環境に優しい冷却オプションである新型Eco Coolerのデモンストレーションを行います。従来の冷却システムでは、通常Fガスと呼ばれるフッ素系ガスが冷媒として使用されています。この冷媒には、エネルギー集約型の冷却プロセスや、Fガスの廃棄による環境への影響など、いくつかの欠点があります。一方、TRUMPFのEco Coolerは、冷却剤として純水を使用しています。その結果、有害な化学物質の使用がなくなり、冷却に必要なエネルギーを最大80%削減できます。