中国激光器行业研究报告.docx

中国激光器行业研究报告目录一、行业概况21、激光器工作原理22、激光器分类与调制技术2（1）激光器分类2（2）激光器调制技术73、激光加工特点及微加工应用9二、行业发展概况101、激光器产业市场发展情况10（1）全球激光器产业发展现状10（2）我国激光器产业发展现状142、激光微加工市场发展情况16（1）激光技术成为微加工领域的重要工具16（2）紫外激光器销量增长明显，成为激光微加工的主力机型17（3）超快激光器应用领域不断拓展，将成为激光微加工领域新的增长点17（4）固体激光器与光纤激光器在微加工领域的比较18三、行业特点191、行业技术水平及技术特点192、行业特征20（1）周期性20（2）地域性20（3）季节性203、行业壁垒20（1）技术壁垒20（2）品牌及客户资源壁垒21（3）人才壁垒214、未来发展趋势21四、行业竞争格局221、国际竞争格局232、国内竞争格局233、行业内主要企业23（1）国际企业23（2）国内企业24五、影响行业发展的主要因素251、有利因素25（1）产业政策扶持25（2）下游激光应用领域进一步扩大26（3）配套产业的发展助推激光器产业快速发展262、不利因素26（1）行业竞争加剧26（2）宏观经济形势波动27一、行业概况1、激光器工作原理激光是二十世纪继核能、半导体、计算机后又一重大发明，并凭借其良好的 单色性、方向性、亮度等特质被广泛应用于工业制造、生物医疗、军事等领域, 被誉为“最快的刀、“最准的尺、“最亮的光。激光器是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等组成。泵浦 源为激光器的激发源，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路，增益介质指可 将光放大的工作物质。在工作状态下增益介质通过吸收泵浦源提供的能量，经谐 振腔振荡选模输出激光。泵浦源：为实现和维持增益介质产生粒子数反转提供能量的装置。增益介质：激光器的核心，是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐 射放大作用的物质，主要可分为固态（含固体、光纤和半导体）、气体、液体等。谐振腔：控制光束的传播方向，提高激光单色性和相干性，缩短工作物 质长度，调节产生激光的模式，选择共振腔轴线方向的光，借助两端的具有选择 性反射功能的反光镜形成往返运动，实现“光放大。2、激光器分类与调制技术（1）激光器分类激光器可以按照增益介质、输出波长、运转方式、泵浦方式进行分类，具体 情况如下:运转方式增益介质气体激光器液体激光器固体激光器深紫外激光器：红外光激光钉I可见光激光¾i-紫外激光情泵浦方式匚电泵浦激光"一 化学泵浦激光丁热泵浦激光器T泵浦遨光器按增益介质分类按照增益介质的不同，激光器可分为固体（含全固态、光纤、混合、半导体）、 气体、液体激光器等，狭义的固体激光器一般指全固态激光器。公司产品目前涉 及全固态（DPSS）、MoPA光纤（偏振）及固体-光纤混合模式等主流激光器。目前发现可做增益介质的物质有近千种，常见的有掺铉忆铝石榴石（又称 YAG）.红宝石、铉玻璃、光纤、二氧化碳等。每类增益介质激光器具有自身的 比较优势，应用领域有所侧重，相互间完全替代可能性较小。按输出波长分类激光器按照波长可分为红外光激光器、可见光激光器、紫外激光器、深紫外 激光器等。不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，因此需要各波长的激光器 应用于不同材料的精细加工。红外激光器与紫外激光器是运用最广泛的两种激光 器：红外激光器主要应用于“热加工，将材料表面的物质加热并使其汽化（蒸发）， 以除去材料；在薄膜非金属材料加工，半导体晶圆切割，有机玻璃切割、钻孔、 打标等领域，高能量的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，使分子脱离 物体，这种方式不会产生高热量反应，因此通常被称为“冷加工，紫外激光机在 微加工领域具有不可替代的优势。由于紫外光子能量大，难以通过外激励源激励产生一定高功率的连续紫外激 光，故连续紫外激光一般是应用晶体材料非线性效应变频方法产生，因此目前广 泛应用工业领域的紫外激光器主要是固体紫外激光器。按运转方式分类激光运转方式是激光器的技术核心，主要可以分为连续激光器和脉冲激光器。连续激光器中各能级的粒子数及腔内辐射场均具有稳定分布，其工作特点是 工作物质的激励和相应的激光输出可以在一段较长的时间范围内以连续方式持 续进行。连续激光器可以在较长一段时间内连续输出激光，但热效应较明显。脉冲激光器以不连续方式输出激光，主要特点是热效应小，可控性好。脉冲激光器的脉冲宽度指激光功率维持在一定值时所持续的时间。目前常用 的工业微加工激光器可分为纳秒激光器、皮秒激光器和飞秒激光器等。脉冲宽度 越窄，对激光调制技术的应用要求就越高。A、纳秒(10-9s)激光器：纳秒激光器的脉冲持续时间一般介于几十到几百 纳秒的范围内。目前市场上纳秒脉冲激光器技术较为成熟，供选产品丰富，在向 大功率和短波长的发展过程中光纤激光器和固体激光器各具优势。B、超快激光器：超快激光器是指激光脉冲持续时间更短的激光器。相对纳 秒激光器，超快激光器脉冲持续时间极短，瞬时功率极高，能量聚焦到极小的空 间区域且不受脉冲重复频率和平均功率影响，光束质量持续稳定。目前超快激光 器主要包括皮秒(10-12s)激光器和飞秒(10-15s)激光器，以飞秒激光为代表 的超快脉冲激光技术是全球前沿激光技术之一。综合上述分类方法，固体激光器(即上述全固态激光器)与光纤激光器是目 前市场上两种主流激光器，二者在主要应用场景和技术发展趋势发面存在较大差 异，两种技术路线并存发展，不存在相互替代关系。固体激光器和光纤激光器在 主要激光加工应用领域的应用差异情况如下：应用领域固体激光器光纤激光器主要应用区别激光打标金属力金属材料打 标其中非金属材料 包括包装物、玻璃、 陶麦、塑料、聚合物 等.尤其是精细及高 单价材料打标使用主鬟为金属材料打标K固体激光器峰值功率高、脉 冲能量大.并能第通过非线性 晶体将红外光转换为蝶光、紫 外光及深紫外光等多种短波K 激光出短波长激光照效应 小可达到更高加工精度,从*超精超微加工.此外, 大部分材料尤其是非金属材料波长的吸收与利用效率明 显优于红外波长.因此固体激 光Il适用的材料种类可以突破 金属材料的限制并延伸至扎金 属材料范用.在薄性、性材 料加工方面具有优势,用于豢 加工装域2、光纤激光器,出的为行外 光主要应用于具有定厚度的金属材料的宏惠加工域激光切割金尾，作金属材料切 判.尤其是薄材料的商精度切割主要为金属材料切 割,以厚材料切割为主激光钻孔金属八金属精密钻 孔主要为金属、陶密等 钻孔激光焊接主要为非金属材料饵 接.尤其是薄材料的高精度焊接主要为金属材料饵 接,以厚材料焊接为主增材制造（3D打印）Jt固化和高烯点高反 材料的3D打印金属烧结光固化作用于光敏树脂,树斯 材料不吸收缸外光,高反材料 反射红外光等长波长光束,因 此该类应用主鬟使用固体激光 器；金属烧结主要作用于金属 材料,高功率途埃，出的光纤 激光具有优势激此熔覆主要以光纤激光器为主要使用光纤激土器前沿科学 研究主要以固体激光器为主.包括环境分析、基 因分析、核聚变等领域是应H场景的精度要求均 达到亚微米甚至纳米IK别.a 体紫外激光器因其短波长、* 峰气功率、大脉冲能量的优势 成为该类应用场景中核心加工 装备光源的优先选舞由上表，固体激光器与光纤激光器均能被应用于打标、切割、钻孔、焊接及 增材制造等主要激光加工领域，但在各细分领域的具体应用场景存在差异，具体 如下：宏观加工领域该领域主要采用光纤激光器，一般不采用固体激光器。光纤激光器包括连续 光纤激光器和脉冲光纤激光器。因连续光纤激光器高平均功率的特点，可广泛应 用于厚金属材料的切割、焊接等宏观加工。微加工领域该领域主要采用固体激光器，部分场景采用脉冲光纤激光器。固体激光器能 够通过倍频晶体在谐振腔内将红外光转换为绿光、紫外光及深紫外光等短波长激 光并对外输出，更短波长是微加工激光器的发展趋势，其产生热效应较低，能量 利用效率高，从而能够有效提升加工精度，实现超精超微加工。固体激光器凭借 其短波长（紫外、深紫外）、短脉宽（皮秒、纳秒）、高峰值功率的特点被主要应 用于薄性、脆性等金属和非金属材料的精密微加工领域，此外，固体激光器被广 泛应用于环境、医疗、军事等领域的前沿科学研究，发展前景广阔。脉冲光纤激光器可以被应用于微加工领域，因其波长主要被限制在红外光的 范围内，因此，一般用于金属材料且具有一定厚度、精度要求相对不高的部分微 加工领域。以手机和汽车为例，光纤激光器和固体激光器在其制造过程中的主要应用如 下：应用馒城母体激光H光纤激光手机制造机急板外形切割,摄像头切割 房去油SL指纹模打标，像此片切割,全面屏切 的.听简钻孔,听筒切割盖板 歧瑞钻孔.无找充电的切割等电池姆拴零修件惮接,Typ-C 切割/姆按金属零部件焊接,“ 机饵接等汽车制造后祝便切割啧油嘴钻孔 ft 屏幕被3«钻孔等动力电池极片切各J 电池盖帽焊 接.车架焊按.发动机槽特殊郃 忤饵接等综上所述：光纤激光器的主要品种为连续光纤激光器。连续光纤激光器 凭借其高输出功率的特点被广泛应用于加工精度在毫米级别以上的宏观加工领 域，如工业金属的激光切割、焊接等，宏观加工对激光设备的需求大，宏观加工 的市场容量大于微加工；脉冲光纤激光器可以被用于微加工领域，但由于其 仅能输出波长较长的红外光,单脉冲能量较小，热效应明显,加工精度相对较低， 且部分材料无法吸收红外光导致其适用范围受限，因此脉冲光纤激光器在微加工 领域的应用范围有限，一般仅用于加工精度大于20微米的微加工场景；固体 激光器被广泛应用于微加工领域，因为其可以通过非线性晶体倍频的方式将红外 光转换输出绿光、紫外光等多种短波长的光束，材料适用范围广，光束质量好， 单脉冲能量大，热效应小，能够实现“冷加工，可以应用于加工精度小于20微 米（加工精度可达纳米级）的高精度微加工场景，因此在微加工领域具有较强的 技术优势；目前国家重点支持、与国外先进水平差距较大的前沿科技领域主 要包括半导体、环境分析、医学医疗、基因分析、核聚变等，其加工应用精度均 进入亚微米甚至纳米级别，固体激光器因其短波长、高峰值功率、大脉冲能量的 优势成为这些应用场景中核心加工装备光源的优先选择。（2）激光器调制技术激光器是应用于微加工领域的有效工具，激光可以会聚于微小的目标区域并 实现冷加工的效果。在目标区域内激光和材料的相互作用将由多个参数加以控 制，诸如波长、脉冲能量和脉冲宽度等，参数组合决定脉冲的峰值能量密度。不 同的参数组合可以产生打标、切割、穿孔、退火、淬硬等操作所需的加工条件。为提高脉冲激光器的输出功率，增加能量密度，控制热效应，行业研发了多 种调制技术，主要包括调Q技术、锁模技术、可调谐技术、例啾脉冲放大技术 （又称CPA技术）及主振荡功率放大技术（又称MOPA技术）等，具体情况如下：调Q技术的工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产 生激光振荡，待粒子数积累到足够高的程度后，突然瞬时打开开关，从而可在较 短的时间内形成十分强的激光振荡和高功率、窄脉宽脉冲激光输出；锁模技术是指共振腔内不同纵向模式间存在确