激光行业分析报告.docx

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激光行业分析报告

2018年激光行业分析报告

2018年6月

“最快的刀、最亮的光、最准的尺”：

激光是20世纪四大发明之一，它拥有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点，被称为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。

激光产业链的上游包括激光晶体、光学镜片、各类激光器、数控系统等；中游设备环节包括激光切割机、激光焊接机、激光打标机、激光雕刻机、激光美容设备、照明设备等；经过多年的发展，各类激光设备已被广泛应用于材料加工、电子信息、航空航天、医疗、军事武器、通讯等众多下游行业。

光纤激光器国产化加速：

激光器是用来产生激光的部件，是激光设备最核心的零部件。

2017年全球激光器销售收入达到124.30亿美元，增速达18.16%，其中光纤激光器市场规模达20.39亿美元，增速达24.78%；与此同时，光纤激光器在工业激光器中的市场份额达到47.26%，取代CO2激光器成为了新一代的主流工业激光器。

目前国内的中低功率光纤激光器已基本完成了进口替代，高功率光纤激光器的国产化率仍比较低，2017年仅约10%左右。

随着国内光纤激光器企业的技术突破，国内高功率光纤激光器大概率将复制中低功率激光器进口替代的过程。

激光设备性价比提升，行业成长动能足：

高功率激光加工设备的成本中，激光器约占50%甚至更高。

高功率光纤激光器的国产化加速，将大大提高激光加工设备的性价比，行业有望迎来爆发阶段。

激光加工设备与工业机器人类似，可在工业生产中替代众多传统的设备，如激光打标机替代油墨喷码机、激光切割机替代火焰切割设备、激光焊接机替代传统焊接设备等。

随着工业自动化升级，工业生产对精度、效率、可靠性等方面提出更高的要求，激光加工设备的性价比逐渐显现。

2017年我国工业激光器及系统销售规模达到495亿元，未来成长动力依然充足。

一、激光：

最快的刀、最亮的光、最准的尺

激光被称为20世纪四大发明之一，它不是自然界中存在的光，而是人类基于量子论发明出来的光。

将激光与自然光区别开来的，一是激光的特点，二是激光产生的过程。

激光与自然光相比，具有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点。

激光是原子受激辐射的产物，当原子受到泵浦源能量的激励时，可跃迁到高能量状态，此时当其遇到一个外来的特定频率的光子时，会释放出一个完全相同的光子，这两个光子又会使更多的原子发生跃迁并产生相同的光子，这个过程称为受激辐射，所产生的光称为“激光”。

受激辐射发出的光子和外来光子的频率、位相、传播方向以及偏振状态完全相同，因此激光具有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点。

受激辐射的概念，由爱因斯坦在1917年最先提出，1927年，物理学家狄拉克首次用实验证明了受激辐射的存在。

1960年世界第一台红宝石固体激光器出现，之后激光器逐步由中小频率向高频率方向发展。

经过对激光束与物质相互作用机理的探索，激光的应用领域也不断扩张，20世纪90年代后行业应用进入高速发展阶段。

激光被称为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。

目前激光产业已有比较完整的产业链，其上游包括激光晶体、光学镜片、各类激光器、数控系统等，设备环节包括激光切割机、激光焊接机、激光打标机、激光雕刻机、激光美容设备、照明设备等，经过多年的发展，激光设备已广泛应用于材料加工、电子信息、航空航天、医疗、军事武器、通讯等众多下游行业。

激光技术的快速发展，已为世界带了巨大改变。

据美国科学和技术政策办公室2010年分析和统计，美国当年GDP的50%（约7.50万亿美元）与激光在相关领域的市场应用及不断的广泛拓展相关，其中最主要的是激光在信息、制造业和生命科学技术领域中的贡献。

对标美国，我国激光产业的发展空间仍十分广阔。

我国的激光技术起步较早，1957年，我国第一所光学专业研究所——中国科学院（长春）光学精密仪器机械研究所成立，标志着我国激光事业的起点；1964年上海光机所成立，它与长春光机所至今仍是我国激光行业的重要科研基地。

我国第一台红宝石激光器问世于1961年夏，仅比全球第一台晚一年。

此后1961-1966年的短短几年内，我国各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。

时至今日，中国激光产业已形成了4个主要的产业带，分别是华中地区、珠江三角洲、长江三角洲和环渤海地区：

以武汉为代表的华中地区是我国最大的激光产业聚集区，有超过100家相关企业，近10万人从事激光技术及产业化、激光加工应用、激光相关配套等产业；依托华中科技大学、武汉大学等知名高校的科研力量，武汉中国光谷在激光加工技术和产业化领域走在全国前列，代表性企业有华工科技、锐科激光、金运激光等；

珠三角地区的激光企业主要集中在广州、深圳，广深地区海运发达、出口便利，是我国对外开放的前沿阵地，激光产业发展迅速，激光产业出口额占到全国激光产品出口的三成以上，深圳已成为继武汉之后国内第二的激光产业聚集地，代表性企业包括大族激光、正业科技、联赢激光、杰普特、光韵达等；

长三角地区有着完善的激光产业链，有着一批高科技术企业引领地区的激光产业发展，主要企业包括亚威股份、天弘激光、波长光电等；长三角地区吸引了一大批海外技术精英回国创业，激光设备和生产技术处于国内顶尖水平；

环渤海区域的激光产业技术研发实力较强，以北京为代表的市场拥有大量IT、通信、医疗、机械公司，对于激光产品的需求旺盛，带动了激光产业蓬勃发展，代表性企业有大恒科技、国科世纪等。

二、激光器：

激光装备核心部件，百亿美元市场大有可为

1、同理不同光，主流激光器各有千秋

激光器是用来产生激光的部件，是激光设备中最核心的零部件，前文中泵浦、受激辐射等过程都在激光器中发生。

典型的激光器，由激光工作物质、泵浦源、光学谐振腔等部分组成。

泵浦源是用来提供泵浦所需要能量的部件，它将激光器的工作物质提升到高能量状态。

常见的泵浦方式有光泵浦、电泵浦、化学泵浦、气动泵浦等，其中光泵浦和电泵浦应用最为广泛。

气体激光器常采用电泵浦，光泵浦则广泛应用于固体和液体激光器。

激光工作物质是激光器中产生激光的源泉所在，其特性决定了激光的光强、颜色（即频率）等基本性质。

激光工作物质有多种，按照大类可分为气体、固体、液体、半导体等。

激光器常按照工作物质的不同进行分类，对应的激光器分别称为气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器等。

（1）气体激光器

以气体为工作物质，常见的有CO2激光器、氦-氖激光器、氩离子激光器、氦-镉激光器、铜蒸汽激光器、各类准分子激光器等，其中尤以CO2激光器在工业中使用最多。

气体激光器介质均匀性高，所产生激光具有较高单色性和方向性，但气体本身密度较小，功率较大的气体激光器往往体积也较大。

主要使用的泵浦为电泵浦。

（2）固体激光器

将具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体，并作为工作物质。

世界上第一台激光器——红宝石激光器就属于固体激光器，所用的工作物质是掺杂了铬离子的红宝石晶体（Al2O3:

Cr3+）。

除此之外，其他常用的晶体包括刚玉、铝石榴石（即常说的YAG）、钨酸钙、氟化钙、铝酸钇、铍酸镧，其中YAG是目前最常用的晶体；常用的金属离子包括镧系的Nd3+、Sm2+、Dy2+，锕系的U3+，及过渡金属离子Cr3+。

固体激光器具有稳定的物理化学性质、单色性好、强而宽的吸收带（泵浦源多样化）和转换效率。

缺点是使用的晶体要求苛刻，制造大体积、优质的晶体难度较大，且使用寿命比较短。

这类激光器主要使用光激励。

（3）液体激光器

液体激光器也称染料激光器，所使用的工作物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；常用的有机染料包括香豆素类激光染料、花菁类染料等，这里的液体相当于固体激光器中的晶体，染料相当于固体激光器中掺杂的金属离子。

染料激光器的优点是可调节、价格低，因此在科学实验中应用较多；缺点是稳定性较差，因此在工业中应用的并不多。

染料激光器多采用光泵浦。

（4）半导体激光器

又称为激光二极管，严格来说，半导体激光器也属于固体激光器，与上述固体激光器所不同的是，其所使用的工作物质都是半导体物质，如砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）等。

泵浦方式包括电、电子束和光泵浦等多种形式。

半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、能量转化效率高，在CD激光唱片机、光纤通信、光存储器、激光打印机等获得广泛应用，是目前产量最高的激光器。

（5）光纤激光器

使用的工作物质是掺杂了稀土元素的玻璃光纤。

光纤激光器是继CO2激光器之后新一代的主流工业激光器，其外形很有特点，为了发挥光纤的柔性，光纤常在激光器的外部。

这种激光器集约性强、散热快、耗能低，且由于光纤的柔性，大大降低了机械系统的设计难度；相比气体、液体、固体激光器，光纤激光器能量转化效率也更高。

受到光纤半径的限制，这种激光器的单脉冲能量难以提升。

激光器除了按工作物质分类外，还有以下分类方式：

按照工作方式可分为连续激光器和脉冲激光器；

脉冲激光器按照脉冲宽度又可分为毫秒激光器、微秒激光器、纳秒激光器、皮秒激光器、飞秒激光器，目前毫秒激光技术已经比较成熟和普遍，皮秒和飞秒技术正在突破和产业化的进程当中；

按照功率可分为低功率激光器（＜100w）、中功率激光器（100w-2000w）、高功率激光器（＞2000w）。

对于同一种激光器来说，功率越大，也意味着越难兼顾稳定性。

对于中高功率的界限，有不同说法，也有将1500w或1000w以上激光器称为高功率激光器者。

对于激光器来说，最重要的参数是功率、稳定性、单色性，一般情况下，这三者之间相互制约，找到三者之间的平衡，是激光器制造的难点所在。

激光器制造商所使用的元器件较多自外采购，这些元器件的质量，也一定程度上决定了激光器的表现。

对于一个激光器生产企业来说，成熟的、稳定的制造工艺，决定了激光器的功率、稳定性、单色性的表现；激光器是进化很快的产品，研发方向的选择，决定了企业未来的竞争力。

2、全球百亿市场，材料加工市场占比超四成

2013-2017年，全球激光器行业收入持续增长，2017年达124.3亿美元，增速约18%。

随着大功率激光器技术突破和增材制造等技术的成熟，预计2018-2020年，全球激光器行业收入的平均增速将达到12%。

材料加工和通讯一直是激光器最主要的两个下游应用环节，其中材料加工占比最大，2017年全球激光器行业应用领域中材料加工相关的激光器收入51.66亿美元，占全球激光器收入的42%，与通讯行业相关的激光器收入占34%；医疗美容也是增长较快的激光器应用领域，2017年激光器在该领域的销售收入占比达7%。

在2017年全球124.3亿美元的激光器销售收入中，半导体激光器的销售收入遥遥领先，达53.1亿美元；光纤激光成长迅速，销售额为20.4亿美元；其他各类激光器约50.8亿美元。

半导体激光器在各个下游行业均有应用，但更多的是应用在通信、各类仪器及传感器、影音娱乐等领域。

光纤激光器较多的应用于工业中的材料加工。

应用于材料加工的激光器也被称为工业激光器。

自2015年以来，工业激光器市场规模增速逐步加快，2017年全球工业激光器市场规模达43.14亿美元，2015-2017年间，工业激光器的市场规模增长率分别为8.93%、19.36%和26.10%。

工业激光器应用广泛，目前来看，切割、焊接、打标是应用占比最大的三个技术方向，2017年全球激光器在三个领域中的占比分别为35%、16%、15%。

半导体、手机、电脑制造等新兴行业的带动，也是工业激光器快速增长的重要动力。

IPG是全球最大的激光器制造商，其生产的高效光纤激光器、光纤放大器以及拉曼激光等技术均走在世界的前端。

其他知名的国外激光器制造商有罗芬（2016年3月，Coherent公司宣布以9.42亿美元收购了罗芬）、恩耐等；德国通快是全球著名的激光企业，不过其虽也研发生产激光器（2008年收购英国SPI公司），但主要的产品是激光整机设备，因此本文将其归类到激光设备环节。

国内也涌