電子-激光滲透行穩(wěn)致遠(yuǎn)助推制造業(yè)邁向更高端層級

本報(bào)告由中信建投證券股份有限公司在中華人民共和國(僅為本報(bào)告目的，不包括香港、澳門、臺灣)提供，由中信建投(國際)證券有2021/6/152021/7/152021/8/152021/9/152021/10/152021/11/152021/12/152022/1/152022/22021/6/152021/7/152021/8/152021/9/152021/10/152021/11/152021/12/152022/1/152022/2/152022/3/152022/4/152022/5/15劉雙鋒liushuangfengAC執(zhí)證編號：S1440520070002SFC中央編號：BNU539郭彥輝guoyanhuiAC執(zhí)證編號：S1440520070009激光滲透行穩(wěn)致遠(yuǎn)，助推制造業(yè)邁向更高端層級1、激光行業(yè)長期增長屬性確定激光具有單色、準(zhǔn)直、高亮度、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研、醫(yī)療等領(lǐng)域。在我國激光行業(yè)長期增長屬性更為確定，這是因?yàn)殚L期看，我國人口老年化日趨嚴(yán)重(2021年65歲以上人口占比高達(dá)14.2%)，由此造成的勞動力缺口需由更高效率的激光技術(shù)來彌補(bǔ)；中期看，我國制造業(yè)人均產(chǎn)值和美國等發(fā)達(dá)國家存在很大差距(美國為中國的2倍以上)，原因之一是我國制造業(yè)自動化程度還遠(yuǎn)低于美國等發(fā)達(dá)國家，激光在我國制造業(yè)中使用的權(quán)重還有待提高；短期看，我國制造業(yè)投資景氣度向好，給激光進(jìn)一步滲透提供了機(jī)遇。2、高技術(shù)壁壘助激光元器件企業(yè)穩(wěn)享行業(yè)紅利激光上游元器件領(lǐng)域多涉及“卡脖子”技術(shù)，如晶體、熱沉、光學(xué)器件等均具有材料及工藝的較高技術(shù)壁壘。且核心元器件的性能直接影響中下游器件設(shè)備的可靠性，故其對中下游而言具有舉足輕重地位，客戶粘性強(qiáng)。元器件企業(yè)掌握相關(guān)技術(shù)后，新進(jìn)入者很難在短期內(nèi)形成競爭，因此行業(yè)競爭格局相對比較穩(wěn)定。然而中美貿(mào)易摩擦引發(fā)供應(yīng)鏈安全擔(dān)憂，促使國內(nèi)廠商和國外廠商的競爭格局穩(wěn)定性被打破，換言之，給予了國內(nèi)廠商更多競爭優(yōu)勢。如炬光科技的快軸準(zhǔn)直鏡產(chǎn)品目前市占率已達(dá)70%以上，預(yù)制金錫材料的國內(nèi)市占率也在快速提升，長光華芯的激光芯片國內(nèi)市場份額也已達(dá)13%以上，預(yù)計(jì)未來份額擴(kuò)大速度將更快。3、激光器領(lǐng)域國產(chǎn)替代仍是重點(diǎn)方向中低功率光纖激光器已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，高功率光纖激光器目前國產(chǎn)化率為50%。超快激光器八成市場份額仍被國外廠商占有。2021Q4國內(nèi)激光器廠商龍頭銳科激光在國內(nèi)市場份額首度超過IPG躍居第一。未來國內(nèi)激光器廠商獲得增長的最主要驅(qū)動仍然是國產(chǎn)替代。但同時(shí)也存在新的挑戰(zhàn)，實(shí)際應(yīng)用場景對高功率產(chǎn)品的可靠性要求比中低功率產(chǎn)品更高，同時(shí)高功率產(chǎn)品面向的客戶對價(jià)格敏感度相對更低，故中低功率產(chǎn)品市場上行之有效的價(jià)格戰(zhàn)策略應(yīng)用到高功率市場料將大打折扣?？傮w而言，高功率產(chǎn)品的技術(shù)突破和客戶導(dǎo)入都會是更循序漸進(jìn)的過程，對此需保持耐心。4、細(xì)分高成長賽道為激光設(shè)備企業(yè)打開增長新通道盡管激光下游設(shè)備領(lǐng)域競爭十分激烈，但應(yīng)用市場不斷有新興高成長的細(xì)分賽道出現(xiàn)，如光伏、鋰電等，具有敏銳觸角且能快速搶占相關(guān)市場的設(shè)備企業(yè)將憑此獲得周期性的高成長，如海目星、聯(lián)贏激光未來3年收入CAGR達(dá)50%以上(Wind一致預(yù)期)。此外，行業(yè)龍頭公司憑借綜合性優(yōu)勢抵御細(xì)分行業(yè)周期波動的韌性更強(qiáng)，故成長更為穩(wěn)定，如大族激光未來3年收入CAGR達(dá)40%。市市場表現(xiàn)27%%-13%-33% 上證指數(shù)相關(guān)研究報(bào)告 電子電子頁的重要聲明5、重點(diǎn)關(guān)注標(biāo)的：1)炬光科技，上游元器件核心供應(yīng)商，激光雷達(dá)發(fā)射模組及家用醫(yī)美業(yè)務(wù)爆發(fā)在即；2)長光華芯，半導(dǎo)體激光芯片國內(nèi)龍頭，VCSEL已通過客戶驗(yàn)證并獲得量產(chǎn)訂單；3)福晶科技，晶體材料(固體激光器核心元件)技術(shù)水平世界領(lǐng)先，LBO和BBO等非線性光學(xué)晶體市占率穩(wěn)居全球第一，未來固體激光器在精細(xì)微加工領(lǐng)域加速滲透將使公司深度受益；4)德龍激光，專注于半導(dǎo)體及光學(xué)、顯示、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的精密激光加工設(shè)備，半導(dǎo)體晶圓切割、顯示玻璃切割等領(lǐng)域?qū)⒂筛邇?yōu)勢的激光隱形切割替代傳統(tǒng)工藝，激光微加工滲透率持續(xù)提升助公司維持高成長；5)光峰科技，主營產(chǎn)品激光光源(電視、影院領(lǐng)域)市場份額位居行業(yè)第一，車載顯示領(lǐng)域?yàn)槿A為最新座艙DEMO車提供車載天幕，激光顯示整機(jī)(激光電視、工程、商教等領(lǐng)域)市占率位居行業(yè)前三。激光顯示滲透提升助力公司邁向高成長。6、風(fēng)險(xiǎn)提示：宏觀經(jīng)濟(jì)超預(yù)期下行拖累需求；出現(xiàn)更先進(jìn)的替代性技術(shù)；新冠疫情及地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。 3 2 電子電子頁的重要聲明1一、激光行業(yè)長坡厚雪1激光：二十世紀(jì)最重要四大發(fā)明之一激光(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，縮寫LASER)顧名思義是指受激輻射發(fā)出的光，其產(chǎn)生的具體過程是：原子中的電子吸收能量后會從低能級躍遷到高能級，由于高能級非穩(wěn)定態(tài)，躍遷后的電子會自發(fā)從高能級回落到低能級，同時(shí)釋放能量并發(fā)出光子，此過程為自發(fā)輻射，自發(fā)輻射過程產(chǎn)生的光相位、方向等雜亂無章。愛因斯坦指出，若此輻射過程中伴有一個(gè)外來光子入射，則輻射會產(chǎn)生兩個(gè)與外來光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子，新產(chǎn)生的光子又會誘發(fā)其他輻射過程產(chǎn)生雙倍的特征相同的光子，此過程為受激輻射，類似核反應(yīng)的受激輻射最后會得到一束準(zhǔn)直、單色、相干的定向光束，這便是激資料來源：中信建投由于激光是由相干的光子構(gòu)成，因此與普通光相比激光具有更佳的方向性，相同功率下亮度更高、能量密度更大。如激光器發(fā)射的激光光束發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，盡管地月距離長達(dá)38萬公里，但是激光在月球表面的光斑不到兩公里，而同樣看似平行的探照燈射向月球，按照其光斑直徑理論上將覆蓋整個(gè)月球。定向發(fā)光的特性也使得激光的亮度更高，在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈亮度最高，而紅寶石激光器的激光亮度能超過氙燈幾百億倍，紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯(光照度單位)，顏色鮮紅光斑肉眼可見，而即使用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球所產(chǎn)生的照度也僅有一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。由于具備良好的光學(xué)特性，激光自從二十世紀(jì)60年代被發(fā)明后便一直被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、醫(yī)療、微電子等領(lǐng)域，也因此激光和原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)并稱為二十世紀(jì)最重要的四大發(fā)明。光滲透率提升是必選項(xiàng)從長期視角來看，人口老齡化背景將促使激光在工業(yè)領(lǐng)域不斷滲透。當(dāng)前中國已步入老齡化社會，且老齡化趨勢仍在加劇。2021年全國65歲以上人口占總?cè)丝诒壤哌_(dá)14.2%，且該比例增長有加速趨勢。根據(jù)澤平宏觀援引世界銀行的數(shù)據(jù)，2020年中國老齡化水平已排在全球第63位，超過全球平均水平。老齡化持續(xù)加劇引發(fā)社會勞動力短缺問題突出，而激光自動化加工設(shè)備可以大大提高生產(chǎn)效率，彌補(bǔ)因勞動力短缺帶來的生產(chǎn)力不足問題。因此長期來看，激光技術(shù)滲透具有重要意義。電子電子頁的重要聲明2化排名18.40%23.30%32.77%4452.55%2.28%861.69%671.47%48加利亞1.32%209水平球1.25%0.83%30%從中期視角來看，制造業(yè)人均產(chǎn)值提高需借助激光自動化設(shè)備來完成。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)，和美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比，我國制造業(yè)人均產(chǎn)值仍處于低水平。且根據(jù)前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人數(shù)據(jù)，激光在中國制造業(yè)所占比重為30%，與美國、德國等發(fā)達(dá)國家仍有較大差距。激光自動化設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用可以提高工業(yè)生產(chǎn)效率，從而提高制造業(yè)人均產(chǎn)值，使制造業(yè)真正實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。因此，未來我國人均GDP若要趕超美國等發(fā)達(dá)國家，必須繼續(xù)提高激光在制造業(yè)中的使用比重。350300250200500中國韓國日本美國%%中國美國日本德國資料來源：Wind，中信建投資料來源：前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人，中信建投從短期視角來看，當(dāng)前制造業(yè)投資景氣度向好，推動激光行業(yè)加速成長。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)，截至2020年3月底，工業(yè)機(jī)器人和金屬切削機(jī)床月產(chǎn)量均在環(huán)比提升，反應(yīng)制造業(yè)景氣度向好。行業(yè)高景氣度促使激光加工設(shè)備滲透更為容易，激光行業(yè)短期成長確定性強(qiáng)。電子電子頁的重要聲明36-036-077-037-078-038-079-039-076-036-077-037-078-038-079-039-070-030-071-031-072-036-036-087-017-068-048-099-029-070-051-031工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量(萬臺/套)圖表7：金屬切削機(jī)床產(chǎn)量(萬臺)量:工業(yè)機(jī)器人:當(dāng)月值876543210產(chǎn)量:金屬切削機(jī)床:當(dāng)月值資料來源：Wind，中信建投資料來源：前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人，中信建投策為激光行業(yè)保駕護(hù)航國家相關(guān)支持政策明確了激光行業(yè)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要地位。激光產(chǎn)業(yè)是國家長期重點(diǎn)支持發(fā)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《高端智能再制造行動計(jì)劃(2018-2020)年》及《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》等。容、域，推動關(guān)鍵核心技術(shù)突破。。增材制造裝備、核心器件及軟件質(zhì)量。提升激光/電子束高效選區(qū)熔化、大光及電子束送粉/送絲熔化沉積、液態(tài)金屬噴墨打印等增材制造裝策再制造行動計(jì)劃(2018-2020)年》產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃(2017-2020年)》興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品門0777電子電子頁的重要聲明476665321總局委和服務(wù)指導(dǎo)目錄(2016版)》五”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)》五”國家戰(zhàn)略性新興五”國家科技創(chuàng)新規(guī)企業(yè)認(rèn)定管理辦”2025》術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)以及國家科技支撐計(jì)劃制造領(lǐng)域2014年度備征集指南》材料和關(guān)鍵元器規(guī)劃》發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南(2011年件、固態(tài)激光材料、稀土激光晶體、激光導(dǎo)引小車(LGV)、激光衛(wèi)星通信應(yīng)用、術(shù)水平。研制推廣使用激光、光纖服務(wù)業(yè)。、，開發(fā)先進(jìn)激光制造應(yīng)用技術(shù)和裝展的重大共性需求，形成一批制造業(yè)創(chuàng)新中心(工業(yè)技術(shù)研究孔的需求，攻克金屬UV-LIGA(紫外光-光刻電鑄成型)的設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)、。，推進(jìn)高性能的紅外焦平面器件、高分辨率砷化銦鎵(InGaAs)探測器產(chǎn)業(yè)化。電子電子頁的重要聲明5、、校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)儀器等列為重點(diǎn)領(lǐng)域?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)將激光技術(shù)列為重點(diǎn)支持和部署的前沿高新技術(shù)行列。展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》6電子電子頁的重要聲明6.1激光器介紹激光器是產(chǎn)生激光的核心裝置，主要是由泵浦源、增益介質(zhì)、諧振腔等光學(xué)器件材料組成。激光器的核心原理是利用泵浦源激勵(lì)增益介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)進(jìn)而使其受激輻射產(chǎn)生光并通過諧振腔對光進(jìn)行調(diào)整輸出形成激光。在激光器構(gòu)成中，泵浦源的作用是激勵(lì)增益介質(zhì)發(fā)生并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，激勵(lì)的方式由增益介質(zhì)的特性決定，一般包括電激勵(lì)、光學(xué)激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等，泵浦源激勵(lì)的過程即是激光器吸收能量的過程，而增益介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后輸出激光的過程是釋放能量的過程，因此泵浦源激勵(lì)方式即是激光器能量轉(zhuǎn)換方式；增益介質(zhì)的作用是吸收泵浦源的能量發(fā)生受激輻射產(chǎn)生激光，增益介質(zhì)可以是固體、氣體、半導(dǎo)體和液體等，其特點(diǎn)是具有合適的能級結(jié)構(gòu)和躍遷特性；諧振腔通常是由兩塊反射鏡組成，主要用來使受激輻射光子在腔內(nèi)多次反射形成相干的持續(xù)振蕩，并對腔內(nèi)往返振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制，以保證輸出激光具有一定的單向性和單色性。激光器可以按照增益介質(zhì)種類、泵浦方式、輸出激光波長、運(yùn)轉(zhuǎn)方式等進(jìn)行分類。(1)按照增益介質(zhì)種類分類，激光器可以分為氣體激光器、液體激光器、固態(tài)激光器，其中固態(tài)激光器又可分為固體激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等。a)氣體激光器：增益介質(zhì)是氣體的激光器，一般通過放電得到激發(fā)，常見的氣體激光器有氦氖激光器、CO2激光器、準(zhǔn)分子激光器；b)液體激光器：所采用的增益介質(zhì)主要包括兩類，一類是有機(jī)熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機(jī)化合物溶液，其中金屬離子(如Nd)起工作粒子作用，而無機(jī)化合物液體(如SeOCl2)則起基質(zhì)的作用；c)固體激光器：增益介質(zhì)一般是晶體或玻璃，一般由半導(dǎo)體激光器陣列光照泵浦得到激發(fā)，包括最常用的固體激光器Nd：YAG激光器(摻釹釔鋁石榴石)、增益介質(zhì)為Yb：YAG(摻鐿釔鋁石榴石)的碟片激光器(適用于高功率輸出)等，固體激光器具有峰值功率高、熱效應(yīng)小、加工精度高的特點(diǎn)，一般主要用于薄性、脆性材料和非金屬材料的精細(xì)微加工領(lǐng)域；d)半導(dǎo)體激光器：也稱激光二極管，增益介質(zhì)一般是砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，應(yīng)用較廣的是性能較好的具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的GaAs二極管激光器；e)光纖激光器：增益介質(zhì)為摻雜稀土元素的玻璃光纖，屬于固態(tài)激光器的一種，具有輸出激光束質(zhì)量好、能量密度電子電子頁的重要聲明7高、電光轉(zhuǎn)換效率高、使用方便、可加工材料范圍廣、綜合運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于宏觀加工領(lǐng)域的金屬材料切割、焊接、鉆孔、燒結(jié)等，在工業(yè)應(yīng)用中占主要地位，根據(jù)LaserFocusWorld，2020年全球工業(yè)激光器銷售收入中光纖激光器占比達(dá)52.7%；根據(jù)《2021中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2020年中國工業(yè)激光器市場規(guī)模中光纖激光器占比達(dá)67%。市場規(guī)模占比100%80%60%40%20%0%光纖激光器固態(tài)激光器16.7%16.2%15.7%51.5% 2018氣體激光器半導(dǎo)體/準(zhǔn)分子激光器光纖激光器半導(dǎo)體激光器CO2激光器其他激光器100%80%60%40%100%80%60%40%20%0%16%2%22%15%13%11%51%55%60%65%67%15%3%17%18%14%19%6%13%18%2016201720182019202015.0%16.3%15.4%15.0%16.7%15.6%53.3%52.7%2019 2020項(xiàng)目CO器光器光器波長(微米)數(shù)值越小加工能0.9~1.0數(shù)值越大，效率55(%)光束質(zhì)量(4/5kw)數(shù)值越小，光束好658<2.5輸出功率(kw)數(shù)值越大，加工00輸出光纖(微米)數(shù)值越小，使用便00300多越靈活數(shù)值越小適應(yīng)性>4m2<1m2<1m2體積越小適用場多大范圍越廣適應(yīng)性數(shù)值越大,維護(hù)5050成本數(shù)值越小,運(yùn)行1電子電子頁的重要聲明8(2)按照泵浦方式分類，激光器可以分為光泵浦激光器、電泵浦激光器、化學(xué)泵浦激光器、熱泵浦激光器、核泵浦激光器等。由于增益介質(zhì)的特性不同，其發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件也不同，因此需要用不同的方式泵浦。幾乎全部的固體激光器、光纖激光器均采用光泵浦；大部分氣體激光器及一般常見的半導(dǎo)體激光器均采用電泵浦；一些特殊的激光器采用化學(xué)或核泵浦。固體激光器、光纖激光器通常用半導(dǎo)體激光器作泵浦源。(3)按照輸出激光波長分類，激光器可以分為紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器。不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)吸收的光波長范圍不同，因此不同材料或不同場景下的激光加工需要不同波長的激光器。紅外和紫外是運(yùn)用最廣泛的兩種激光器，a)紅外激光器主要應(yīng)用于“熱加工”，將材料表面的物質(zhì)加熱并使其汽化(蒸發(fā))，以除去材料；b)在薄膜非金屬材料加工，半導(dǎo)體晶圓切割，有機(jī)玻璃切割、鉆孔、打標(biāo)等領(lǐng)域，高能量的紫外光子直紫外激光器在微加工領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。由于紫外光子能量大，難以通過外激勵(lì)源激勵(lì)產(chǎn)生一定高功率的連續(xù)紫外激光，故紫外激光一般是應(yīng)用晶體材料非線性效應(yīng)變頻方法產(chǎn)生，因此目前廣泛應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域的紫外激光器主要是固體紫外激光器。資料來源：IPG官網(wǎng)，中信建投(4)按照運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類，激光器可分為連續(xù)激光器、脈沖激光器，其中脈沖激光器按脈寬又可以分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒激光器、皮秒激光器、飛秒激光器等。a)連續(xù)激光器：工作特點(diǎn)是激光輸出可以在一段較長的時(shí)間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進(jìn)行，大部分光纖激光器和以連續(xù)電激勵(lì)方式工作的氣體激光器及半導(dǎo)體激光器均屬于此類，連續(xù)激光器工作穩(wěn)定、熱效應(yīng)高，適合于金屬材料的連續(xù)高速切割、焊接，以及表面熱處理、激光熔覆、激光快速成形等宏觀加工；隨著輸出功率的逐漸增加，對諸如鈦合金、鎢合金、特種鋼材等高強(qiáng)度、高硬度材料的加工速度和加工質(zhì)量越來越高；b)脈沖激光器：主要特點(diǎn)是峰值功率高、熱效應(yīng)少、可控性好、光束精細(xì)發(fā)散小，適合于打標(biāo)、鉆孔、硅片及玻璃劃片、精密加工等領(lǐng)域。對于不同脈寬的脈沖激光器而言，脈沖時(shí)間越短，單一脈沖能量越高，加工速度越快；波長越短，作用半徑越小，加工精度可以越高。資料來源：IPG官網(wǎng)，中信建投頁的重要聲明9(5)按照輸出功率分類，可將光纖激光器分為小功率(<1kW)、中功率(1kW-3kW)、高功率(>3kW)，對于固體激光器，一般將10W以下的歸類為低功率，10W以上為中高功率。進(jìn)一步對比固體激光器和光纖激光器，固體激光器尤其是短波長、短脈寬的紫外皮秒、紫外飛秒激光器，在目前的激光精細(xì)微加工領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，而光纖激光器在宏觀加工領(lǐng)域應(yīng)用較多。這主要是由于固體激光器的特點(diǎn)決定：a)瞬時(shí)功率高。在精細(xì)微加工實(shí)踐中，時(shí)常需要在短時(shí)間內(nèi)釋放巨大能量來擊穿被加工材料，固體激光器的高脈沖功率可以滿足這一要求。而光纖激光器受限于增益介質(zhì)過于細(xì)小，無法承受較大的瞬時(shí)功率，過大的瞬時(shí)功率很容易使其增益介質(zhì)受損，從而影響輸出激光的質(zhì)量和穩(wěn)定性；b)熱效應(yīng)小。固體激光器在實(shí)現(xiàn)超高瞬時(shí)功率的同時(shí)可將其平均功率控制在較小的范圍內(nèi)，因而可以滿足精細(xì)微加工中的“冷加工”需求；c)加工精度高。固體激光器可以有效輸出高聚焦度、短波長的紫外激光，在精細(xì)微加工領(lǐng)域，高聚焦度和短波長意味著激光的作用半徑更小，更能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制和定點(diǎn)處理。光纖激光器則憑借高功率的特性未來仍將主要應(yīng)用于宏觀加工領(lǐng)域。激光產(chǎn)業(yè)鏈上游是元器件生產(chǎn)商，中游是各類型激光器制造商，下游是激光加工設(shè)備商。在主要的激光器類型中，光纖激光器和固體激光器通過被集成在激光加工設(shè)備中的方式應(yīng)用于下游切割、焊接、打標(biāo)等領(lǐng)域；半導(dǎo)體激光器可直接應(yīng)用于下游領(lǐng)域，也可用作光纖激光器和固體激光器的泵浦源。由于激光器是產(chǎn)生激光的核心裝置，而輸出激光的穩(wěn)定性、質(zhì)量直接影響激光加工設(shè)備的品質(zhì)和使用效果，因此激光器是激光加工設(shè)備的心臟，整個(gè)激光產(chǎn)業(yè)鏈圍繞激光器的生產(chǎn)、應(yīng)用展開。電子電子頁的重要聲明2.2市場規(guī)模近年來激光加工技術(shù)一方面憑借其優(yōu)勢正逐步替代宏觀加工領(lǐng)域的傳統(tǒng)加工工藝，另一方面隨著技術(shù)進(jìn)步正逐步向精細(xì)微加工的增量市場拓展，這促進(jìn)了激光器行業(yè)市場規(guī)模的不斷增長。據(jù)LaserFocusWorld數(shù)據(jù)，CAGR達(dá)6.1%；另據(jù)LaserFocusWorld數(shù)據(jù)，中國激光器市場規(guī)模從2017年的69.5億美元增長至2021年的129億美元，CAGR達(dá)13.2%。圖表17：2016-2022全球激光器總收入及預(yù)測(億美元)圖表18：2017-2022中國激光器市場規(guī)模及預(yù)測(億美元)25020000500總收入增速(右軸)30%25%20%15%10%5%0%-5%市場規(guī)模160增速(右軸)40%11030%6020%10 -40201720172018201920202021202202020212022E0%201620172018201920202021E2022E從增速看，全球和中國激光器市場規(guī)模同比增速均呈現(xiàn)下降趨勢，但中國激光器市場規(guī)模增速仍保持兩位數(shù)增長。除2020年受疫情影響外，中國激光器市場規(guī)模增速一直高于全球水平，主要系中國下游市場需求持續(xù)旺盛，經(jīng)濟(jì)增長動力更強(qiáng)。中國激光器市場規(guī)模占全球比例持續(xù)提升，從2017年的50%升至2021年的70%。頁的重要聲明3.8%12.6%5.7%13.8%24.5%39.6%材料加工與光刻市場通信與光存儲市場科研與軍事市場醫(yī)療與美容市場儀器與傳感器市場娛樂，顯示與打印市場0%201720182019202020212022E %從細(xì)分市場來看：.1光纖激光器光纖激光器領(lǐng)域，中國市場貢獻(xiàn)主要增長驅(qū)動力。根據(jù)LaserFocusWorld數(shù)據(jù)，全球光纖激光器市場規(guī)模到2020年達(dá)27.2億美元，但2019年后增速大幅下滑甚至2020年轉(zhuǎn)負(fù)，主要系中國光纖激光器廠商市場份額持續(xù)提高疊加成本價(jià)格下降所致。2014-2018年全球光纖激光器市場規(guī)模從9.6億美元增至26.0億美元，復(fù)合增速達(dá)28.3%。2018-2020年全球光纖激光器市場規(guī)模小幅增長，復(fù)合增速僅2.3%。根據(jù)武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心數(shù)據(jù)，中國光纖激光器市場規(guī)模到2020年達(dá)94.2億元，2014-2018年從28.6億元增至77.4億元，復(fù)合增速達(dá)28.3%，和全球水平基本一致。2018-2020年中國光纖激光器市場規(guī)模復(fù)合增速達(dá)10.3%，仍保持兩位數(shù)水平，成為全球光纖激光器市場規(guī)模增長的主要驅(qū)動力。30201002013市場規(guī)模增速(右軸)202040%30%20%10%0%銷售收入增長率(右軸)0080604020020142015201620172018201920202021E50%40%30%20%10%0%2014 201520162017 201820192半導(dǎo)體激光器根據(jù)LaserFocusWorld數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2021年全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模達(dá)79.5億美元，從2016年的48.4億美元增至2021年的79.5億美元，CAGR達(dá)10.4%。著眼高功率領(lǐng)域，根據(jù)StrategiesUnlimited數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2021年全球高功率半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模為19.8億美元，約占整個(gè)半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模的25%，其中約47.5%的高功率半導(dǎo)體激光器直接應(yīng)用，約27.4%的高功率半導(dǎo)體激光器用于光纖激光器泵浦源，約25.2%的高功率半導(dǎo)體激光器用作固體激光器泵浦源。頁的重要聲明100806040200201620172018201920202021E2022E固體激光器泵浦源直接應(yīng)用類器件/系統(tǒng)固體激光器泵浦源光纖激光器核心組件002019202020212022202320242025ted3超快激光器超快激光器市場近幾年是激光市場最突出的增長點(diǎn)。皮秒、飛秒激光器也稱為超快激光器，通常屬于固體激光器，由于具有瞬時(shí)功率高、熱效應(yīng)小、加工精度高的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于精細(xì)微加工領(lǐng)域。由于精細(xì)微加工領(lǐng)域多為半導(dǎo)體及光學(xué)、顯示、新能源及科研等新興領(lǐng)域，受益于新興領(lǐng)域的高速成長，超快激光器市場規(guī)模近幾年保持較高增速，是激光市場最突出的增長點(diǎn)，其增速高于激光器整體增速。根據(jù)LaserFocusWorld數(shù)據(jù)，全球超快激光器市場規(guī)模從2016年的6.4億美元增至2020年的18億美元，復(fù)合增速達(dá)29.5%，高出激光器整體增速19pcts。中國市場超快激光器市場規(guī)模增速更快，從2016年的6.2億元增至2020年的27.4億元，復(fù)合增速達(dá)45.0%，比全球水平高15.5pcts，主要得益于中國市場需求的強(qiáng)勁增長。未來隨著制造業(yè)進(jìn)一步向高精尖、智能化方向發(fā)展、激光精細(xì)微加工將逐步成為高端精密制造領(lǐng)域的核心加工工藝，推動超快激光器市場規(guī)模繼續(xù)保持高速增長。圖表25：2016-2020年全球超快激光器市場規(guī)模(億美元)圖表26：2015-2021年中國超快激光器市場規(guī)模(億元)全球超快激光器市場規(guī)模占全球激光器市場規(guī)模比重(右軸)2016%2012%8%84%40%0%20162017201820192020353025201510502015201620172018201920202021ELaserFocusWorld資料來源：《2021中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，中信建投頁的重要聲明7：2015-2021年國產(chǎn)皮飛秒激光器出貨量及預(yù)測(臺)40003000200010000出貨量增速(右軸)500%400%300%200%100%0%2015201620172018201920202021E綜合來看，全球激光器市場規(guī)模增速趨緩，主要增長點(diǎn)來自中國市場，中國激光器市場規(guī)模占全球市場比例逐年上升，預(yù)計(jì)2021年達(dá)到70%。細(xì)分市場來看，a)宏觀加工領(lǐng)域占主角的光纖激光器全球市場規(guī)模在2019年后增速大幅下降，2020年甚至轉(zhuǎn)負(fù)，主要系中國廠商份額逐步提高帶動價(jià)格下降所致，而中國市場規(guī)模仍保持兩位數(shù)增長水平；b)全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模復(fù)合增速約為10%，預(yù)計(jì)未來仍將平穩(wěn)增長；c)以超快激光器為代表的固體激光器在全球及中國市場規(guī)模增速均高于激光器整體增速，是激光市場最突出的增長點(diǎn)，其中中國市場2016-2020年復(fù)合增速達(dá)45%，高出全球水平15.5pcts，預(yù)計(jì)未來隨著全球制造業(yè)進(jìn)一步向高精尖方向發(fā)展，超快激光器市場規(guī)模將延續(xù)高增長態(tài)勢，中國市場憑借更大的下游市場將持續(xù)保持比全球更高增速。2.3競爭格局產(chǎn)業(yè)鏈中游是激光器制造商，A股上市公司有銳科激光、杰普特、英諾激光、德龍激光(部分業(yè)務(wù)為激光器業(yè)務(wù))等，非上市公司有創(chuàng)鑫激光、凱普林等，國外知名公司有美國IPG、nLight、相干、德國通快等。由于光纖激光器是目前工業(yè)激光器領(lǐng)域最主要的類型，在宏觀激光加工領(lǐng)域具有重要地位，而超快激光器是激光器行業(yè)增長最突出的部分，且未來在精細(xì)微加工領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)獲得高增長，因此本節(jié)主要針對這兩類激光器做分析。光纖激光器國產(chǎn)替代進(jìn)入攻堅(jiān)期，未來將聚焦高功率12%12%4%8%9%17%50%IPG銳科激光LumnetumFujikura其他0enttFutureMarketInsights資料來源：Wind，中信建投電子電子頁的重要聲明20172018201920202017201820192020光纖激光器領(lǐng)域，IPG是世界龍頭，銳科激光是國內(nèi)龍頭，全球競爭格局較為集中。據(jù)FutureMarketInsightsFujikura市占率排在其后，分別為17%、9%、8%、4%，全球前五大廠商中僅銳科激光為中國企業(yè)，CR5達(dá)88%，全球競爭格局較為集中。IPG等國外企業(yè)2018年后收入出現(xiàn)下滑，而國內(nèi)廠商銳科、杰普特等保持增長。根據(jù)wind數(shù)據(jù)，在全球激光市場持續(xù)增長的背景下，IPG從2008年到2018年收入維持增長，從15.66億元增至93.14億元，CAGR達(dá)14.7%。但2018年后全球經(jīng)濟(jì)放緩，國際貿(mào)易摩擦不斷，2019年IPG收入下滑8.5%，2020年世界范圍內(nèi)的疫年水平。而國內(nèi)廠商起步較晚，2014-2018年銳科激光、創(chuàng)鑫激光、杰普特經(jīng)過多年研發(fā)，不斷推出更具價(jià)格競爭力的產(chǎn)品擴(kuò)大市場份額，2014-2018年三家公司收入CAGR分別為58.2%、26.8%、39.0%，而IPG同期收入CAGR僅為20.8%。2018-2021年國產(chǎn)廠商技術(shù)不斷獲得突破，憑借成本優(yōu)勢在國內(nèi)市場份額持續(xù)提高，盡管全球激光器市場規(guī)模增長停滯，但由于中國市場仍保持高增長，因此銳科、杰普特等國產(chǎn)廠商收入仍實(shí)現(xiàn)高增長，CAGR分別達(dá)32.9%、21.4%。中國市場上，IPG市占率持續(xù)下滑，份額逐漸由銳科、創(chuàng)鑫等國產(chǎn)廠商替代，21Q4銳科市占率首超IPG躍居首位。根據(jù)武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心數(shù)據(jù)，2017年IPG在中國光纖激光器市場占有52.7%的市場份額，之后隨著國產(chǎn)廠商的競爭力不斷加強(qiáng)，IPG在中國光纖激光器市場的份額逐年下滑，到2021年為28.1%，此間市占率減少24.6pcts，但截止2021Q3其仍為中國光纖激光器市場占有份額最高的企業(yè)。與之相對應(yīng)的是，在國產(chǎn)替代的大趨勢下，銳科激光、創(chuàng)鑫激光在中國光纖激光器市場的份額逐年提高，分別由2017年的12.1%、10.3%升至2021年的27.3%、18.3%，市占率分別提升15.2pcts、8.0pcts，從表觀數(shù)據(jù)來看，IPG在中國光纖激光器市場失去的份額基本由銳科、創(chuàng)鑫等國產(chǎn)廠商所替代。國產(chǎn)替代的趨勢仍在進(jìn)行中，根據(jù)OFweek分析，2021Q4銳科激光在中國市場份額首次超過IPG躍居首位。銳科激光董事長閆大鵬預(yù)計(jì)公司2022年將保持國內(nèi)市占率第一的IPG銳科激光創(chuàng)鑫激光其他IPG銳科激光創(chuàng)鑫激光其他0100%80%60%40%20%0%Wind中信建投資料來源：《2021中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，中信建投國產(chǎn)替代未來將聚焦高功率方向。根據(jù)武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心數(shù)據(jù)，在國內(nèi)市場從功率角度來看，低功率(1-3kW)的國產(chǎn)光纖激光器整體產(chǎn)品因質(zhì)量好、性價(jià)比高、售后服務(wù)及時(shí)等因素，整體出貨量已經(jīng)超過國外同功率段產(chǎn)品出貨量，2021年國產(chǎn)化率已達(dá)到90%以上；2017年后隨著國產(chǎn)廠商的技術(shù)不斷突破，中功率(3-6kW)的國產(chǎn)光纖激光器出貨量迅速提升，2018-2021年出貨量CAGR達(dá)152%，2021年中功率光纖激光器國產(chǎn)化率已達(dá)87%；而高功率(6-10kW)市場目前正處于國產(chǎn)替代的關(guān)鍵時(shí)期，2021年國產(chǎn)出貨量基本與進(jìn)口持平，隨著核心元器件的自制率及國產(chǎn)化率提高，國產(chǎn)高功率光纖激光器的成本將持續(xù)優(yōu)化，目前及未來短時(shí)間內(nèi)價(jià)格競爭電子電子頁的重要聲明仍將十分激烈，我們預(yù)計(jì)接下來幾年憑借成本優(yōu)勢，高功率段光纖激光器的國產(chǎn)化率將繼續(xù)朝更高水平上升；超高功率(10kW以上)市場上，國外廠商推出產(chǎn)品較早，由于工藝積累深厚，產(chǎn)品成熟度更高、可靠性更強(qiáng)，且相比于價(jià)格，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量重視度更高，故國產(chǎn)化率雖然2020年已達(dá)43%，但進(jìn)一步提高仍需要一段時(shí)間。(1-3kW)光纖激光器國產(chǎn)化情況圖表33：中功率(3-6kW)光纖激光器國產(chǎn)化情況50000100%30000100%4000080%2500080%3000060%060%2000040%1000040%1000020%500020%080%21E080%E19090率(6-10kW)光纖激光器國產(chǎn)化情況圖表35：超高功率(>10kW)光纖激光器國產(chǎn)化情況國產(chǎn)500060%350060%400050%30002500200050%40%3000200040%30%20%1500100020%100010%50010%080%E080%E9090利率-9065-40-9065-4063-58060402001kW3kW6kW10kW 25-30%20-25%40% % 電子電子頁的重要聲明超快激光器市場八成份額仍被國外企業(yè)占有超快激光器領(lǐng)域國內(nèi)企業(yè)起步較晚，國外廠商德國通快等占主要地位。由于光纖激光器應(yīng)用最為廣泛，國內(nèi)激光器企業(yè)以光纖激光器廠商為主，國內(nèi)超快激光器起步較晚，因此從事超快激光器的企業(yè)數(shù)量不多，主要有德龍激光、華日激光、國神光電、英諾激光等，國外企業(yè)主要有德國通快、美國相干、美國光譜物理等。根據(jù)OFweek介紹，全球超快激光器市場約80%份額被國外企業(yè)占有，而中國超快激光市場規(guī)模正以遠(yuǎn)高于全球水平的增速成長，國產(chǎn)替代空間十分廣闊，未來隨著國內(nèi)廠商技術(shù)逐步突破，參考光纖激光器行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)廠商市場份額有望逐步提高。快理光光光心業(yè)成型、激光加工、水射流切割以及折彎等。生產(chǎn)工藝控制設(shè)備供應(yīng)商MKS儀器收購，產(chǎn)品主要包括超快激光器、高能量脈沖激光器、連續(xù)可調(diào)諧/超窄線寬等。成功應(yīng)用于工業(yè)激光精密加工和科學(xué)研究領(lǐng)域。2019年7月，國神光電被銳科激光(300747)收購，成為銳科激光子公司。及以激光模組形式為客戶提供定制化微加工解決方案。激光器、光纖飛秒激光器、光纖/固體亞納秒激光器、科研級激光器等。級激光器。產(chǎn)品主要有納秒國產(chǎn)超快激光器產(chǎn)品性能正逐步接近世界領(lǐng)先水平。根據(jù)德龍激光招股書中所披露信息，對比德龍激光、華日激光、國神光電、英諾激光以及幾家主要國外廠商的產(chǎn)品性能指標(biāo)后，不難看出在超快激光器領(lǐng)域，德國通快產(chǎn)品性能指標(biāo)最為領(lǐng)先，主要系其采取了獨(dú)特的技術(shù)路線。在紫外皮秒激光器以及紅外、綠光飛秒激光器方面，德龍激光產(chǎn)品性能指標(biāo)略遜于美國光譜物理，與美國相干公司相當(dāng)；在紅外、綠光皮秒激光器方面，德龍激光和英諾激光產(chǎn)品性能指標(biāo)僅次于德國通快，部分指標(biāo)優(yōu)于其他國外廠商；在紫外飛秒激光器方面，德龍激光已量產(chǎn)最大輸出功率為10W的激光器。電子電子頁的重要聲明內(nèi)公司產(chǎn)品性能對比(納秒、皮秒級)圍量光束質(zhì)量M2快kHz1.2W0~1,000kHz50μJ1.3WW00μJ1.3WWkHz00μJ1.3光HzJ1.2W光Hz00μJ1.3W光zJ1.3W激光圍量光束質(zhì)量M2圍量光束質(zhì)量M2~1,000kHz1.245W~1,000kHz1.20~1,000kHz1.31.3Hz1.3WμJ1.3kHz1.2W0~1,000kHz1.3z00μJ1.2WHz1.2kHz~1Hz1.3WkHz~1Hz1.2z00μJ1.3z1.3頁的重要聲明內(nèi)公司產(chǎn)品性能對比(飛秒級)圍量光束質(zhì)量M2快00W00μJ1.2W~1000W1.2W最高為z1.2W20W00k1.2光20Wz1.250KHz20光Hz00μJ1.3zMHz00μJ1.31Hz2MH量光束質(zhì)量M2圍量光束質(zhì)量M2kHz1.2W1.2zμJ1.2zJ<1.31.2息息息Hz1.2息息z1.3z1.3z1.3圍激光電子電子頁的重要聲明三、上游元器件壁壘高，國產(chǎn)替代空間足3.1上游元器件介紹激光上游元器件主要是構(gòu)成激光器的材料和光學(xué)器件，包括激光芯片、晶體材料、有源光纖等。此外大部分激光設(shè)備均是自動化設(shè)備，因此運(yùn)動控制系統(tǒng)是大部分設(shè)備必不可少的組成部分，也可被納入激光上游分類光芯片半導(dǎo)體激光芯片是采用半導(dǎo)體芯片制造工藝，以電激勵(lì)源方式，以半導(dǎo)體材料為增益介質(zhì)，將注入電流的電能激發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)諧振放大選模輸出激光，實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。其增益介質(zhì)與襯底主要為摻雜Ⅲ-Ⅴ族化合物的半導(dǎo)體材料，如GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)等。半導(dǎo)體激光芯片根據(jù)諧振腔制造工藝不同分為邊發(fā)射激光芯片(EEL：EdgeEmittingLasers)和面發(fā)射激光芯片(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)兩種。邊發(fā)射激光芯片是在芯片的兩側(cè)鍍光學(xué)膜形成諧振腔，沿平行于襯底表面發(fā)射激光，而面發(fā)射激光芯片是在芯片的上下兩面鍍光學(xué)膜形成諧振腔，由于光學(xué)諧振腔與襯底垂直，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于芯片表面發(fā)射激光。面發(fā)射激光芯片有低閾值電流、穩(wěn)定單波長工作、可高頻調(diào)制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，但輸出功率及電光轉(zhuǎn)換效率較邊發(fā)射激光芯片低。常見的邊發(fā)射激光芯片相關(guān)產(chǎn)品有單管芯片、光纖耦合模塊、巴條芯片、陣列模塊等。單管芯片只有一個(gè)發(fā)光單元，巴條芯片是由多個(gè)發(fā)光單元并成直線排列的激光二極管芯片，巴條芯片經(jīng)過鈍化、解膜后，可解理為單個(gè)發(fā)光單元的單管芯片，單管和巴條芯片主要用于工業(yè)泵浦、科學(xué)研究、激光裝備等。光纖耦合模塊通常是由單管芯片經(jīng)過光學(xué)整形合束耦合封裝而成，主要用于光纖激光器、固體激光器泵浦源等；陣列模塊通常是由巴條芯片集成封裝而成，主要用于固體激光器泵浦源等。頁的重要聲明資料來源：長光華芯招股書，中信建投VCSEL芯片相比EEL芯片結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，工藝難度更高。典型的VCSEL結(jié)構(gòu)自上而下分別是：電流注入所使用的歐姆接觸、P型的頂部分布布拉格發(fā)射鏡(DBR)，多量子阱有源區(qū)、N型的底部分布布拉格發(fā)射鏡以及最底部的N型基質(zhì)。頂部與底部的DBR構(gòu)成激光諧振腔，長度為數(shù)微米，與激光波長在同一數(shù)量級。工作時(shí)載流子被注入有源區(qū)的量子阱中，產(chǎn)生輻射躍遷，經(jīng)過諧振腔的選模，在垂直于襯底的方向上輸出圓形的激光光束。相比于EEL的結(jié)構(gòu)，VCSEL顯然更為復(fù)雜，工藝難度也更高。其工藝高難度主要體現(xiàn)在VCSEL諧振腔短(僅幾微米長)，導(dǎo)致其單程增益長度也極短，因此就要求制作的分布布拉格反射鏡(DBR)材料質(zhì)量必須良好，還要求DBR的發(fā)射率極高(一般要求99%以上)，目前如何獲得高質(zhì)量的DBR是VCSEL制作過程最主要的難點(diǎn)。VCSEL比EEL具有更多技術(shù)優(yōu)勢。根據(jù)《垂直腔面發(fā)射激光器——原理、制備及測試技術(shù)》一書介紹，VCSEL不同的結(jié)構(gòu)和制造工藝決定了其具有諸多不同于EEL的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)也為VCSEL帶來了許多技術(shù)上的優(yōu)勢。1)低閾值電流：VCSEL僅需要亞毫安量級的閾值電流，以及在一些實(shí)際應(yīng)用只需要毫瓦量級的輸出功率時(shí)，VCSEL只需要很小的驅(qū)動電流，這大大降低了器件的功耗，并使得驅(qū)動部分的電路設(shè)計(jì)更簡單容易。2)波長穩(wěn)定性：VCSEL激射波長隨溫度的變化率僅為EEL的1/5，VCSEL的激射波長由諧振腔的光學(xué)厚度決定，而材料的折射率和熱膨脹系數(shù)隨溫度變化很小，使得溫度對光學(xué)厚度的影響較小，進(jìn)而波長隨溫度的變化較小。EEL的激射波長由材料的增益譜峰值決定，而材料的增益隨溫度的變化較明顯，因而波長隨溫度的變化較大。VCSEL激射波長隨溫度的漂移率只有0.07nm/K，而EEL為0.2nm/K。3)高調(diào)制帶寬：得益于VCSEL極小的諧振腔尺寸，可以得到較大的弛豫振蕩頻率，因此調(diào)制帶寬較寬，調(diào)制帶寬已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20GHz。頁的重要聲明4)光束質(zhì)量：由于VCSEL可以反射出圓形光斑，因此，通過適當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的VCSEL可以發(fā)出單橫模光束。與EEL相比，這種優(yōu)異的光束質(zhì)量大大降低了光束耦合和光束整形系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，與光纖耦合效率5)易于制作二維集成器件：VCSEL的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是可以制作單片集成的二維陣列用于高功率輸出，而EEL無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。6)可大批量生產(chǎn)：VCSEL的制備和封裝工藝基本上與LED互相兼容，良品率較高。7)可靠性：VCSEL不受光學(xué)災(zāi)變損傷的影響，其可靠性遠(yuǎn)高于EEL，VCSEL的壽命已高于107h。資料來源：Yole，中信建投VCSEL最初被廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，目前最主要應(yīng)用市場是消費(fèi)電子(占比達(dá)七成)，未來在汽車市場 (激光雷達(dá)、DMS等)有望獲得新的增長。VCSEL最初主要應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，2017年蘋果公司在iPhoneX中取消標(biāo)志性的TouchID，轉(zhuǎn)而采用創(chuàng)新的FaceID，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3D傳感功能，實(shí)現(xiàn)該功能的核心器件便是VCSEL，自此VCSEL開始大規(guī)模應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，隨后安卓市場也紛紛將VCSEL應(yīng)用于其產(chǎn)品的深度傳感系統(tǒng)。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年VCSEL應(yīng)用市場中，消費(fèi)電子占比63.9%，為主要應(yīng)用領(lǐng)域，其次為電信及基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，占比34.5%，汽車和移動設(shè)備領(lǐng)域占比僅為0.1%，但Yole預(yù)測到2026年汽車和移動設(shè)備領(lǐng)域占比將提升至2.4%。VCSEL在汽車市場的應(yīng)用包括激光雷達(dá)、DMS、ARHUD、激光大燈等，在車載激光雷達(dá)市場中VCSEL激光雷達(dá)將憑借探測距離、人眼安全等方面優(yōu)勢逐步替代EEL激光雷達(dá)，在DMS(駕駛員監(jiān)測系統(tǒng))中VCSEL在隱私保護(hù)、受環(huán)境光照干擾等方面顯著優(yōu)于LED，因此未來隨著汽車智能化不斷推進(jìn)，VCSEL在汽車市場的應(yīng)用將迎來新的增長。頁的重要聲明 omotive omotiveobilityomandastructure%ileandermotivemotiveobility4%omandastructureileander%資料來源：Yole，中信建投資料來源：Yole，中信建投料晶體是指原子、離子或分子在空間做長程有序的排列，并形成一定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。采用人工方法合成的晶體，稱為人工晶體。人工晶體按照功能不同，可粗略分為激光晶體、非線性光學(xué)晶體、閃爍晶體、電光晶體、壓電晶體等。光電子晶體材料是指對光電信息具有發(fā)射、接收、傳輸、處理、顯示和存儲等功能的晶體材料，包括激光晶體、非線性光學(xué)晶體、閃爍晶體等。作為激光上游元器件的晶體材料主要是激光晶體和非線性光學(xué)晶體，且二者主要應(yīng)用于固體激光器。到的激光晶體和非線性光學(xué)晶體(倍頻晶體)激光晶體是指受激輻射后能發(fā)射出激光的人工晶體。1)激光晶體由基質(zhì)晶體和激活離子兩部分組成?；|(zhì)晶體主要是為激活離子(發(fā)光中心)提供一個(gè)合適的晶格場；激活離子是摻雜在基質(zhì)晶體中的鑭系等化學(xué)元素離子。固體激光器發(fā)射激光和激光的波長主要取決于摻入晶體中的少量激活離子及其與基質(zhì)晶體的相互作用。常見的激活離子有稀土、過渡金屬離子，常見的基質(zhì)晶體有氧化物、氟化物和含氧酸鹽化合物晶體。2)應(yīng)用廣泛的激光晶體主要有：摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)、摻釹礬酸釔(Nd:YVO4)和摻鈦藍(lán)寶石(Ti:Al2O3)晶體，三者合稱為“三大基礎(chǔ)激光晶體”。3)摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)具有光學(xué)均勻性好、機(jī)械性能好、物化穩(wěn)定性高、熱導(dǎo)性好等優(yōu)點(diǎn)，是迄今為止最為重要，也是最成熟、最主流的激光晶體材料，中、高功率激光應(yīng)用主要是Nd:YAG；與Nd:YAG相比，摻釹礬酸釔(Nd:YVO4)對泵浦光有較高的吸收系數(shù)和更大的受激發(fā)射截面。激光二極管泵浦的Nd:YVO4晶體與LBO、BBO、KTP等非線性光學(xué)晶體配合使用，能夠達(dá)到較好的倍頻轉(zhuǎn)換效率。低功率小型化激光應(yīng)用主要是Nd:YVO4；摻鈦藍(lán)寶石(Ti:Al2O3)非常有利于實(shí)現(xiàn)飛秒激光脈沖，而且頁的重要聲明具有受激發(fā)射截面大、激光損傷閾值高等優(yōu)點(diǎn)，因此可調(diào)諧、超快激光應(yīng)用主要是Ti:Al2O3。離子離子子氧化物晶體體體ScGaOGSGGAlO體晶體COB資料來源：搜狐網(wǎng)，中信建投非線性光學(xué)晶體具有非線性光學(xué)效應(yīng)。當(dāng)入射激光在非線性光學(xué)晶體中傳播時(shí)，會激發(fā)非線性極化波，并通過倍頻、差頻、和頻及光參量放大效應(yīng)等方式產(chǎn)生新波段的光波，即輸出激光的波長與入射激光的波長不同，從而產(chǎn)生新波長的激光。在激光器中激光晶體受激輻射發(fā)出的基頻激光具有特定的波長，波長取決于激光晶體的種類，而非線性光學(xué)晶體可將基頻激光變頻為多種其他波長激光，從而豐富了激光器的波長范圍，使得激光器的應(yīng)用可以拓展到更多領(lǐng)域，因此非線性光學(xué)晶體元器件是激光器(主要是固體激光器)產(chǎn)生非基頻激光的核心元器件。目前應(yīng)用最廣泛的非線性光學(xué)晶體有LBO、BBO、KTP等。據(jù)相關(guān)論文介紹，1)上世紀(jì)60年代到80年代，非線性光學(xué)晶體的探索主要由美國主導(dǎo)，當(dāng)時(shí)有兩大類非線性光學(xué)晶體，Bell實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的具有(NbO6)氧八面體配位的鈮酸鹽晶體的代表LiNbO3和由杜邦公司發(fā)現(xiàn)的磷酸鹽晶體的代表KTiOPO4(簡稱KTP)。2)80年代，我國陳創(chuàng)天院士研究組率先在硼酸鹽中發(fā)現(xiàn)了一系列以β-BaB2O4(簡稱BBO)和LiB3O5(簡稱LBO)為代表的性能優(yōu)異的非線性光學(xué)晶體，解決了近紅外激光向可見、近紫外波段的倍頻轉(zhuǎn)換。BBO和LBO也被譽(yù)為“中國牌”晶體，目前實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化的晶體只有KTP、BBO和LBO等。3)目前經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明是深紫外非線性光學(xué)晶體的只有兩種，KBBF和RBBF，二者都可以通過直接倍頻實(shí)現(xiàn)深紫外激光輸出，KBBF晶體的綜合性能好于RBBF。電子電子頁的重要聲明過范圍/nm倍頻波長/nmmm0d1=1.4BBOd2=1.6d=0.965mml600d=1.04d=0.068O2342md=0.958d=0.485Fd=0.49BFd=0.45纖光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，由折射率較高的高純度玻璃纖芯內(nèi)層和折射率較低的玻璃包層組成。1)最初，光纖主要用來導(dǎo)光，纖芯中沒有摻雜稀土元素，被稱為無源光纖。隨著研究深入和需求提高，開始在纖芯中摻雜稀土元素等激活離子，并通過泵浦使光纖發(fā)光，使無源光纖被“激活”，成為摻雜有源光纖。一般在有源光纖中摻入一種或多種稀土元素，如釹(Nd)、鐿(Yb)、鉺(Er)、銩(Tm)、鈥(Ho)、鏑(Dy)、鐠(Pr)等。有源光纖作為增益介質(zhì)，是光纖激光器中重要的組成部分，不同摻雜物的有源光纖輸出激光波段不同。2)摻稀土元素的光纖通常為雙包層光纖，此種光纖結(jié)構(gòu)由外包層、內(nèi)包層和摻雜纖芯所構(gòu)成，外包層的折射率小于內(nèi)包層的折射率，內(nèi)包層的折射率小于纖芯的折射率，從而構(gòu)成雙層的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。摻雜雙包層光纖在光纖激光器中的作用主要是將泵浦光功率轉(zhuǎn)換為激光的工作介質(zhì)及與其他器件共同構(gòu)成激光諧振腔。其工作原理是：將泵浦光通過側(cè)向或端面耦合注入光纖，由于外包層折射率遠(yuǎn)低于光纖的內(nèi)包層，所以內(nèi)包層可以傳輸多模泵浦光。內(nèi)包層的橫截面尺寸大于纖芯，對于所產(chǎn)生的激光波長，內(nèi)包層與摻稀土離子的纖芯構(gòu)成了完善的單模光波導(dǎo)，同時(shí)它又與外包層構(gòu)成了傳輸泵浦光功率的多模光波導(dǎo)。這樣可以將大功率多模泵浦光耦合進(jìn)入內(nèi)包層，多模泵浦光沿光纖傳輸?shù)倪^程中多次穿過纖芯被吸收，由于纖芯中稀土離子被激發(fā)，從而產(chǎn)生較大功率信號激光輸出。3)據(jù)相關(guān)論文介紹，雙包層光纖激光器近些年發(fā)展迅速，輸出功率已經(jīng)達(dá)到千瓦量級。但是，單根光纖的激光輸出功率不可能無限提高，它還受到自身各方面因素的限制，如熱效應(yīng)、非線性效應(yīng)，以及光纖端面損傷等。稀土摻雜雙包層光子晶體光纖突破了傳統(tǒng)單模光纖的結(jié)構(gòu)限制，為進(jìn)一步提高光纖激光器的光束質(zhì)量及輸頁的重要聲明出功率提供了硬件條件。摻摻雜元素質(zhì)玻璃激光波長5nm釹璃磷硅酸鹽玻璃1018nm鐿酸鹽玻璃鉺石英玻璃1930nm銩ZBLAN玻璃m1200nm鈥m鏑玻璃GeAsSZBLAN玻璃氟鋁酸鹽玻璃.3mm92nm522nm鐠玻璃eAsGaSem電子電子頁的重要聲明動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)的發(fā)展起源于工業(yè)革命后對蒸汽機(jī)、電動機(jī)等各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行精確控制的想法，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，需要同時(shí)控制多臺電機(jī)，進(jìn)行互動式精確加工。早期運(yùn)動控制主要用于數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，對應(yīng)的數(shù)控裝置被稱為數(shù)控系統(tǒng)。如今運(yùn)動控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于裝備制造、印刷、包裝、紡織、半導(dǎo)體制造、自動化生產(chǎn)線等。作為各類設(shè)備的大腦，運(yùn)動控制系統(tǒng)決定了設(shè)備的精度、效率，是不同品牌設(shè)備形成差異化的重。運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化機(jī)械的核心。其功能是根據(jù)控制程序，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，實(shí)時(shí)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。運(yùn)動控制系統(tǒng)一般由控制器、功率放大器與變換裝置、電動機(jī)、負(fù)載，及相關(guān)的傳感器等部件組成?？刂破飨逻_(dá)指令后，驅(qū)動器將其轉(zhuǎn)化為能夠運(yùn)行電機(jī)的電流，驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動工作機(jī)械運(yùn)行，同時(shí)，電機(jī)上的傳感器經(jīng)過信號處理將電機(jī)的實(shí)時(shí)信息反饋給控制器，控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。資料來源：金橙子招股書，中信建投資料來源：柏楚電子招股書，中信建投早期的運(yùn)動系統(tǒng)由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)被計(jì)算機(jī)軟件取代。相比于硬件電路，計(jì)算機(jī)軟件具有巨大的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)邏輯電路難以表達(dá)的復(fù)雜控制算法，從而使運(yùn)動控制系統(tǒng)能有了質(zhì)的飛躍。另外，運(yùn)動控制系統(tǒng)可在使用過程中通過升級來提升性能或改變用途，從而使自動化機(jī)械具有真正的柔性。目前運(yùn)動控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分集成，硬件即工業(yè)控制板卡，包括主控單元、信號處理等部分，軟件是控制算法。對于柏楚電子這樣的運(yùn)動控制系統(tǒng)提供商，其硬件部分一般從市場上采購各類通用元器件，然后組裝加工得到；基于硬件的架構(gòu)，將軟件算法集成其中，形成最終的運(yùn)動控制器。硬件的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)及算法的優(yōu)劣共同決定了運(yùn)動控制系統(tǒng)的精度、效率。在硬件的差異化不明顯的情況下，軟件算法是運(yùn)動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。按照技術(shù)路線劃分，激光加工運(yùn)動控制