光纤激光器行业分析报告Word格式.docx

光纤激光器行业分析报告Word格式.docx

《光纤激光器行业分析报告Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤激光器行业分析报告Word格式.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

由于以上三大因素的综合作用，激光市场规模随着下游客户使用成本的下降而持续增长，同时由于其较高的采购频率和较低的自动化扩产能力使得激光行业不容易出现较大的产能过剩和行业性周期性波动。

光纤激光器为什么能够脱颖而出？

1、性价比优势明显，对竞争性产品实现了替代。

相对于其他激光器，光纤激光器具有电光效率高、综合运行成本低、使用方便、光束质量好、能量密度高、可加工材料范围广、加工质量高等优势；

2、适应激光应用发展趋势，成本与性能潜力无穷。

光纤的形态是最适合实现激光功率放大的介质形态，能够在有限的空间内实现增益介质的有效利用并具备更好的散热能力；

并能实现核心零部件的模块化，这些模块一方面可以通过叠加增强性能，也可以通过规模化生产降低成本。

光纤激光器在国内市场的发展趋势和空间多大？

光纤激光器市场大致分为两大部分，分别是中小功率激光器和大功率激光器：

中小功率激光器技术壁垒低，由于应用广泛市场规模大，目前其国产化率已经接近100%；

大功率激光器技术难度高，应用场景有限但是产品利润率十分可观。

大功率市场目前主要国外企业所垄断，国产替代空间巨大。

一、激光：

最完美的光源

激光技术起源于20世纪60年代，与核能、电脑、半导体并称为20世纪的四大发明，美国科学家将激光技术总结为影响全球未来发展的18项重大关键技术之一。

激光因其是通过人工方式、用光或放电等强能量激发特定的物质导致原子受激辐射的光而得名。

激光具有良好的相干性、单色性、方向性、高能量密度等特点，因而被誉为最锋利，最精准的刀。

1、激光的三大相干性

激光相对于普通光源具有明显的优势，例如光强高，方向性好不容易发散，以及单色性好光谱宽度窄等等。

归纳起来激光具有三大特性，分别是：

时间相干（叠加放大）、空间相干（准直）、频率相干（单色性）。

（1）时间相干性：

光强叠加放大

如果以电磁波的角度来看待光，激光与普通光源的最大区别在于每一束光的相位完全相同，两束激光叠加之后的强度一定会超过普通光源的叠加强度。

普通光源由于每一束光的相位完全随机，最终强度不具有叠加放大效应。

由于叠加放大效应的存在，消耗相同能量的激光与普通光源的发射强度差别巨大，理论上强度差异倍数与光子数量正比。

（2）空间相干性：

长距离准直输出

激光从原理上比同等功率的普通光源具有更大的光强，但是如果激光无法准直输出，激光的强度将会随着传输距离的增加而快速下降。

一般来说，点光源的辐射强度与传输距离的平方成反比。

激光由于其准直性，辐射面积并不随着传输距离的增加而变化，如果不考虑传输损失激光的辐射强度能够保持不变。

（3）频率相干性：

频谱纯净的光源

激光的第三个重要的特点就是频谱的纯净。

相对于自然光源和其他人造光源，激光频谱宽度要窄很多。

普通的日月光或者是LED光源其实含有很多不同频率的光线，其波长范围可以高达400nm以上，而激光光源的频谱宽度则明显较窄。

在实际应用中，由于很多材料的光吸收或者反射有一定选择性，因此光谱的纯净十分重要。

激光作为最为纯净的光源，一方面能够提高能量的利用率，同时还能减少无效频率光源产生的热效应或者材料损伤。

2、激光器结构的三大要素与工作机制

为了实现保证激光具有以上的三大特性，激光器作为激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等核心零部件构成。

（1）泵浦源

泵浦源作为激光放大的能量来源，其作用是对增益介质进行激励，使增益介质吸收能量被激发，得以由低能级的基态跃迁到高能级，实现粒子数反转；

常见的激励方式主要有光学激励（光泵浦）、气体放电激励、化学激励。

泵浦源按照激励方式主要分为三类：

①普通光源泵浦，激光器最早的能量来源，主要适用于固体和液体激光器，泵浦效率低，但是具有成本优势；

②电泵浦，主要适用于气体激光器和半导体激光器，有一定材料局限性；

③激光泵浦，效率最高，适用于绝大部分激光器，但是成本较高。

（2）增益介质

增益介质材料决定了激光器的性能参数。

增益介质要求具有亚稳态能级，能够使实现能级跃迁、粒子数反转的物质，增益介质可以是气体、液体以及固体。

增益介质的能级结构决定了输出激光的能量密度和波长范围，因此每一种增益介质都具有其唯一性。

（3）谐振腔

经过泵浦后的增益介质能够将某些特定的光束实现放大，如果要实现高功率和准直输出，还必须要将这些光束反复放大并控制其发射角度，谐振腔就是实现这一目的的关键。

谐振腔基本结构包括在增益介质两端安装两块反射镜，一块是全反射镜，另一块是部分反射镜；

其作用是选择性的将特定波长和特定方向的激光反复放大，从而保证最后稳定输出的激光具有单色性和准直性。

激光器的基本原理是在工作状态下，增益介质吸收泵浦源提供的能量，原子中的处于低能级的电子被激发，从低能级跃迁到高能级，再从高能级跃迁回低能级，即发生粒子数反转，根据能量守恒定理，电子从高能级跃迁回低能级的过程中以光子的形式释放能量，接着光子进入谐振腔，通过谐振腔的振荡选模使得腔内的光子达到一致的频率、相位和运行速度，从而输出方向性与相干性好的激光。

泵浦源和谐振腔是激光器的关键组成部分，其性能和稳定性直接影响激光输出参数与运转方式。

二、激光器的分类

目前，随着激光器的应用越来越广泛，激光器的种类也越来越多，我们可以从增益介质、激光波长、输出功率等角度对激光器进行分类。

1、根据增益介质分类

激光器分为液体激光器、气体激光器、半导体激光器、固体激光器、光纤激光器、自由电子激光器。

使用特定的增益介质将会输出特定波长的激光，从本质上决定了激光的输出功率，进而决定了激光的应用领域。

液体激光器也称为染料激光器，其增益介质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液；

液体激光器的输出的激光波长范围从紫外光到红外光波段，并且其波长连续可调。

相对来说，液体激光器结构简单、价格低廉，主要应用于医学与科学研究，如光化学、光生物学、同位素分离、激光光谱学等方面。

气体激光器以气体原子、气体分子或气体离子作为增益介质，具有结构简单、造价低、操作方便、工作介质均匀、光束质量好以及能够长时间较稳定连续工作的特点，目前是品种最多的激光器，CO2激光器是应用最广泛的气体激光器。

半导体激光器俗称激光二极管，其使用的增益介质为半导体，具有体积小、质量轻、寿命长、运转可靠性、高能耗低、电光转换效率高、易于大规模生产、价格较低廉的特点，广泛应用于光存储器、激光打印机、光纤通讯等方面。

固体激光器使用固体作为增益介质，具有体积小、使用方便、输出功率大的特点，目前广泛应用于军事、材料加工、医疗等领域。

光纤激光器使用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质，具有高电光效率、高功率的特点，目前是市场份额最大的激光器，广泛应用于激光光纤通信、汽车制造、造船、激光切割等方面。

自由电子激光器是一种特殊类型的激光器，其原理不同于其他激光器，它的增益介质为自由电子，其机理是利用通过周期性交替磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用，光辐射通过接收电子传递的动能而辐射强度增大。

具有频率连续可调、频谱范围光、峰值功率高等特点，适用于物质提纯、等离子体加热、同位素提取等领域。

2、根据激光波长分类

常见的激光器有紫外激光器（波长范围为380nm-10nm）、红外激光器（波长范围为10um-760um）、可见光激光器（波长范围为760nm-380nm）等。

不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，并且波长越短，材料对激光的吸收率越高，穿透能力越强，例如由于金属对于近红外光吸收率较高，所以近红外激光器比较适用于金属材料加工。

3、根据工作模式分类

激光器的具体工作模式划分包括，脉冲宽度、功率和运转方式三大指标。

①脉冲激光器根据脉冲宽度的不同，激光器可以分为毫秒（10−3秒）激光器、微秒（10−6秒）激光器、纳秒（10−9秒）激光器、皮秒（10−12秒）激光器、飞秒（10−15秒）激光器。

②根据激光器的功率不同，激光器可以分为低功率激光器、中功率激光器、高功率激光器，低功率激光器指的是功率在100W以下的激光器，中功率激光器指的是功率在100W~1000W的激光器，高功率激光器指的是功率在1000W以上的激光器。

③根据运转方式的不同，激光器可以分为连续激光器、脉冲激光器。

三、激光器市场分析

1、替代传统钣金优势，新兴市场层出不穷

（1）激光切割和激光焊接相对传统加工具有明显优势

与传统加工方式相比，激光加工具有非接触加工、高能量密度、光束可精细调节的特点。

非接触加工是指在整个激光加工过程中，材料不与加工道具接触，完全依靠激光与材料相互作用产生的热量来进行，被加工材料不受到外力的影响，残余应力比较小，从而材料形变较小。

不仅如此，激光具有高能量密度与光束可精细控制的特点，器功率密度可以达到107W/cm2以上，是火焰、光弧等传统材料加工方式功率密度的成千上万倍。

较高的功率密度与精细光束特别适用于对加工材料上非常微小的区域进行加工，不会导致该区域周围的其他材料受到影响，加工精度与加工效率都比较高。

（2）新兴应用层出不穷，激光市场蓬勃发展

除了传统钣金中的切割和焊接应用，激光已经在汽车、3C、锂电池、航空和医疗领域产生了大量的应用市场。

但是激光的加工方式，仍然是打标/雕刻，切割，焊接，微加工，表面处理和增材制造等几种方式。

从下游应用来看，汽车和3C行业是最主要的下游市场，分别占到大约30%和27.5%的市场份额；

从加工类型来看，主要包括打标、切割（包括雕刻，钻孔），焊接（包括铜焊接）和微加工，分别占到15%、41%、16%和22%的市场份额。

2、全球激光市场持续增长，工业激光器加速爆发

根据美国StrategiesUnlimited的报告，2013-2017年，全球激光器行业收入规模从89.70亿美元增长到124.30亿美元，年复合增长率为8.50%。

其中，工业激光器的占比一直在稳步增长。

具体来看，全球工业激光器收入从2013年的24.87亿美元增加至2017年的43.14亿美元，年复合增长率为14.76%，在全球激光器市场规模中的占比也从2013年的27.73%提升到到2017年的34.71%。

特别是2015年以来，工业激光器市场呈现加速爆发态势，2016年-2017年市场规模增长率分别为19.36%和26.10%。

2017年全球激光器市场规模124亿美元中，工业加工激光器和通信用激光器是其中占比最高的两大类应用，分别达到43亿美元（34%）和41亿美元（33%），其中通信用激光器一般是中低功率半导体激光器，本文中我们不做讨论。

工业激光器如果按照加工方式来分来，主要包括金属切割、焊接与钎焊、打标与雕刻、半导体显示、金属精细加工、非金属精细加工、涂覆、太阳能等等。

3、中国成为最大激光市场，但核心零部件主要依赖进口

（1）中国激光设备销售规模高速增长,成为全球最大激光市场

中国激光产业起步较晚，随着中国装备制造业的迅猛发展，近年来中国激光产业获得了飞速的发展。

2010年后，我国激光产业进入高速