福晶科技研究報告-激光晶體領(lǐng)先光學(xué)元件升級

福晶科技研究報告：激光晶體領(lǐng)先，光學(xué)元件升級1．公司概況公司原為福建晶體技術(shù)開發(fā)公司，于1990年由中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所成立，并獲得LBO晶體的中國專利。1992年，公司首先開發(fā)成功Nd:YVO4和YVO4晶體，并開始批量生產(chǎn)。2001年，公司改制為福建福晶科技有限公司，并于2006年整體變更為股份有限公司。2008年3月，公司于深交所主板上市。2016年，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，組建晶體、光學(xué)和激光器件事業(yè)部，并于2019、2020、2021年分別獲ISO45001職業(yè)健康與安全管理體系、IATF16949汽車質(zhì)量管理體系與CNAS實驗室認(rèn)證。截至2022年9月30日，福晶科技總股本42750萬股，其中流通股42368.494萬股，占比99.11%；高管股190.753萬股，占比0.45%；有限售條件的股本為190.753萬股，占比0.45%。公司前十大股東合計持股比例為28.34%。中國科學(xué)院福建結(jié)構(gòu)物質(zhì)研究所為公司實際控制人，持股22.45%。此外，董敏持股2.03%，皇甫翎持股1.2%。福晶科技全資控股參股公司包括華晶投資、睿創(chuàng)光電、海泰光電等，新設(shè)子公司福建至期光子科技有限公司于2022年12月19日完成工商注冊登記。公司的主營業(yè)務(wù)屬于光電子產(chǎn)業(yè)中的信息功能材料行業(yè)，為非線性光學(xué)晶體、激光晶體、精密光學(xué)元件和激光器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于激光、光通訊、半導(dǎo)體、AR/VR、生命科學(xué)、無人駕駛、檢測分析儀器等諸多工業(yè)領(lǐng)域。作為福建省高新技術(shù)企業(yè)之一，公司現(xiàn)已成為全球知名的LBO晶體、BBO晶體、Nd:YVO4晶體、磁光晶體、精密及超精密光學(xué)元件、高功率光隔離器、聲光及電光器件的龍頭廠商。技術(shù)方面，公司發(fā)展了熔鹽法、提拉法、水溶液法、坩堝下降法等多種晶體生長技術(shù)；擁有全息光柵、非球面數(shù)控研磨拋光、離子束拋光、磁流變拋光、大型雙拋、大型環(huán)拋等多條先進(jìn)的超精密光學(xué)產(chǎn)線；以及IAD、IBS、MS、EB等各類鍍膜工藝，對不同細(xì)分市場的應(yīng)用需求均有優(yōu)異的適配性。公司的檢測技術(shù)和設(shè)備也處于業(yè)界領(lǐng)先地位，擁有Zygo干涉儀、PE分光光度計、Trioptics中心儀等多臺檢測儀器。公司為激光器廠商提供關(guān)鍵元器件，主要產(chǎn)品和業(yè)務(wù)均處于激光產(chǎn)業(yè)鏈的上游，包括光學(xué)材料和光學(xué)元器件等各類核心部件。公司產(chǎn)品按形態(tài)可劃分為晶體元器件、精密光學(xué)元件和激光器件三大類，其中晶體元器件主要包括非線性光學(xué)晶體、激光晶體、磁光晶體等，核心產(chǎn)品處于行業(yè)領(lǐng)先地位。2015年以來，公司營業(yè)收入不斷上升，歸母凈利潤亦呈現(xiàn)總體增長趨勢。2016年至2017年，公司進(jìn)入加速成長期，營收連續(xù)兩年實現(xiàn)近50%增長，主因固體紫外激光器在印制電路板、消費(fèi)電子中脆性材料加工等應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)展帶動了對晶體元器件的需求。近年來，受益激光器產(chǎn)業(yè)的快速增長與下游應(yīng)用的不斷拓寬，公司精密光學(xué)元件、激光器件、激光晶體元器件等產(chǎn)品迎來快速增長，2021年實現(xiàn)營業(yè)收入6.89億元，較2020年增加1.42億元，同比增長26.03%；實現(xiàn)歸母凈利潤1.91億元，同比增長33.19%。2022年三季度，公司實現(xiàn)營業(yè)收入與歸母凈利潤6.06億元、1.87億元，同比增長11.25%、16.35%，主要得益于海外市場的增長、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化和改善。公司的主要產(chǎn)品為非線性光學(xué)元器件、激光晶體元器件、激光光學(xué)元件及激光器件等。2022上半年，公司非線性光學(xué)晶體、激光晶體、激光器件與激光光學(xué)元件銷售收入分別占公司總營業(yè)收入的26.66%、17.13%、19.62%與33.53%，其中非線性光學(xué)晶體與激光晶體共同實現(xiàn)收入1.72億元，占全部主營業(yè)務(wù)收入比例為43.80%。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，非線性光學(xué)晶體毛利率穩(wěn)定在75%左右，為公司毛利最高的產(chǎn)品，近年來收入規(guī)模、增速均趨于穩(wěn)定。公司激光晶體營業(yè)收入逐年增加，2022年中收入同比增長28.37%。除受整體激光器產(chǎn)業(yè)的景氣度提振外，公司控股子公司海泰光電在光電醫(yī)美領(lǐng)域取得重大突破，激光脫毛儀的銷量增長導(dǎo)致海泰光電的盈利能力快速提升，從而帶來激光晶體部分收入的增長。此外，公司光學(xué)元件業(yè)務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，并積極布局新興高端市場領(lǐng)域，2022上半年，實現(xiàn)同比21.73%的收入增長。2．非線性光學(xué)晶體技術(shù)全球領(lǐng)先2.1、公司非線性光學(xué)晶體市占率高非線性光學(xué)晶體（NLO晶體）是重要的光電信息功能材料之一，是指在強(qiáng)光作用下能產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體。作為激光技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，非線性光學(xué)晶體是激光器的關(guān)鍵材料之一，其主要功能是對激光波長進(jìn)行變頻，從而拓展激光器可調(diào)諧范圍。非線性光學(xué)晶體產(chǎn)品種類眾多，且伴隨著新產(chǎn)品的不斷問世，技術(shù)仍處于不斷發(fā)展突破的階段。目前我國非線性光學(xué)晶體的主要產(chǎn)品種類包括鈮酸鋰晶體（LN晶體）、磷酸氧鈦鉀晶體（KTP晶體）、磷酸二氫鉀晶體（KDP晶體）、鈮酸鉀晶體（KN晶體）、偏硼酸鋇晶體（BBO晶體）、三硼酸鋰晶體（LBO晶體）等。從全球范圍來看，當(dāng)前美國、日本、中國等國家是非線性光學(xué)晶體的主要生產(chǎn)國，我國在全球非線性光學(xué)晶體市場中競爭力較強(qiáng)，特別是在可見、紫外波段非線性晶體的研究方面一直處于領(lǐng)先水平?，F(xiàn)階段，國外已有的所有晶體生長方法我國均有，且?guī)缀跛兄匾姆蔷€性光學(xué)晶體都已研發(fā)出來。公司憑借技術(shù)集成優(yōu)勢等，是我國非線性光學(xué)晶體行業(yè)中的最大的企業(yè)，并已經(jīng)成為全球知名的非線性光學(xué)晶體供應(yīng)商，其代表性的非線性光學(xué)晶體主要有LBO、BBO和KTP三大品種。LBO晶體（三硼酸鋰）與BBO晶體（低溫相偏硼酸鋇）均為由中國科學(xué)院物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所于80年代發(fā)明的非線性光學(xué)晶體。其中LBO晶體具有透光范圍寬、離斷角小、損傷閾值高、接受角寬等特點，在醫(yī)用與工業(yè)用途的Nd:YAG激光、科研與軍事用途的高功率Nd:YAG與Nd:YLF激光、泵浦源等方面均有廣泛應(yīng)用。BBO晶體作為一種紫外倍頻晶體，具有較大的相位匹配范圍以及較寬的透過波段，倍頻轉(zhuǎn)換效率比較高，并具有很高的激光損傷閾值，被公認(rèn)為目前世界上最優(yōu)秀的二階非線性光學(xué)晶體，用于眾多非線性參量的應(yīng)用。此外，KTP晶體具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能及電光性、優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和高的抗光損傷閾值，已作為一種商業(yè)化的晶體廣泛應(yīng)用于中低功率密度的固體激光器、和（差）頻、光參量振蕩和放大等領(lǐng)域。利用KTP進(jìn)行腔內(nèi)與腔外倍頻的摻Nd晶體的激光器，在逐步取代可見光染料激光和可調(diào)藍(lán)寶石激光器。在許多的工業(yè)研究中，該種激光器被廣泛用做綠光光源。公司是全球最大的LBO、BBO晶體及其元器件的生產(chǎn)商，其LBO和BBO晶體市占率穩(wěn)居全球第一，2021年全球市占率約為80%左右。公司及其控股子公司海泰光電亦為全球較大的KTP晶體、Nd:YVO4+KTP膠合晶體制造商。2.2、固體激光器波長應(yīng)用范圍廣泛激光器作為產(chǎn)生、輸出激光的設(shè)備，是激光及技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，亦是公司產(chǎn)品最主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。它主要由泵浦源（激勵能源）、激光工作物質(zhì)和光學(xué)諧振腔等三部分組成。泵浦源為工作物質(zhì)提供能量、產(chǎn)生激光，主要種類有光能源、電能源等，如泵浦燈、激光二極管（LD）；激光工作物質(zhì)則是能夠產(chǎn)生受激輻射的物質(zhì)，是激光器的核心，如激光晶體、半導(dǎo)體、二氧化碳、液體等；而光學(xué)諧振腔由腔鏡等激光光學(xué)鏡片組成，能使受激輻射的光在光學(xué)諧振腔內(nèi)多次往返、維持振蕩，并最終實現(xiàn)激光輸出。根據(jù)增益介質(zhì)的不同，激光器可分為固體激光器、光纖激光器、氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器和準(zhǔn)分子激光器等。此外激光器也可按照輸出波形、輸出波長以及功率的大小等標(biāo)準(zhǔn)分類。非線性光學(xué)晶體LBO、BBO及KTP主要作為倍頻晶體用于固體激光器的生產(chǎn)。固體激光器是以激光晶體等固體材料作為激光工作物質(zhì)的激光器，具有激光質(zhì)量穩(wěn)定、峰值功率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等各領(lǐng)域。固體激光器的泵浦源主要有燈泵浦、半導(dǎo)體激光器泵浦等方式；其中，以半導(dǎo)體激光器（激光二極管）作為泵浦源的固體激光器，稱為全固態(tài)激光器。相對于一般固體激光器而言，全固態(tài)激光器具有體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性好和壽命長等優(yōu)點，是固體激光器中發(fā)展速度較快的產(chǎn)品。LBO、BBO等晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)通過“變頻”豐富了激光波長范圍，有效拓寬了激光器的應(yīng)用領(lǐng)域。由于激光器具有固定的工作波長，且激光工作物質(zhì)種類有限，因此僅應(yīng)用激光晶體元器件的激光器產(chǎn)生的激光，即基頻激光，應(yīng)用領(lǐng)域十分受限。然而，在應(yīng)用非線性光學(xué)晶體后，非線性光學(xué)晶體對基頻激光的倍頻、混頻作用可以使激光器得以發(fā)射多種波長的激光，豐富了激光的波長，從而滿足了人類對多種波長激光的需求，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。非線性光學(xué)晶體也因此而具有較大的商業(yè)價值。以增益介質(zhì)作為分類標(biāo)準(zhǔn)，使用LBO、BBO、KTP等非線性晶體的激光器均屬于固體激光器范疇。固體激光器因其峰值功率高、脈沖能量大、并能夠通過非線性晶體將泵浦發(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)換為綠光、紫外光、及深紫外光等多種短波長激光輸出等優(yōu)點，在軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究領(lǐng)域均有廣泛的用途。工業(yè)中，固體激光器作為改造傳統(tǒng)技術(shù)的重要途徑，廣泛應(yīng)用于切割、打標(biāo)、焊接、微加工等激光加工領(lǐng)域；在醫(yī)療領(lǐng)域，固體激光治療儀已廣泛應(yīng)用于幾乎所有醫(yī)學(xué)?？?；在科研領(lǐng)域，則廣泛應(yīng)用于激光等離子體、激光分離同位素、化學(xué)動力學(xué)等方面。以大功率半導(dǎo)體激光器（LD）為泵浦源的藍(lán)、綠全固態(tài)激光器，正在逐步取代部分傳統(tǒng)的氣體激光器。3．公司多條業(yè)務(wù)線適配光纖激光器3.1、TGG、TSAG應(yīng)用于光隔離器公司生產(chǎn)的磁光晶體包括TSAG晶體、TGG晶體兩種，主要應(yīng)用于光隔離器的生產(chǎn)，是光纖激光器的關(guān)鍵材料。作為光通信網(wǎng)絡(luò)中的重要元器件之一，光隔離器是一種無源光器件，利用法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性原理制造而成，可以讓激光只沿著一個方向發(fā)出，阻擋激光從相反方向通過。光的照射范圍廣、且會產(chǎn)生反射光，在激光器中，激光如果不按照既定方向發(fā)射，發(fā)射范圍過寬，傳輸效果將會降低，并且，反射的激光會對激光器中的其他元器件造成損壞，將會導(dǎo)致激光器無法穩(wěn)定工作。因此，在光纖激光器中，光隔離器起到避免光路中的回波對光源、泵浦源以及其他發(fā)光器件造成干擾和損壞、保證激光器穩(wěn)定工作、高效傳輸?shù)淖饔?，是?yīng)用在光纖激光器中的重要部件之一。磁光晶體具有磁光效應(yīng)，在外加磁場作用下能呈現(xiàn)光學(xué)的各向異性，被用于制作法拉第旋光器與隔離器。TGG晶體具有大的磁光常數(shù)、低的光損失、高熱導(dǎo)性和高激光損傷閾值，廣泛應(yīng)用于YAG、摻鈦藍(lán)寶石等多級放大、環(huán)型、種子注入激光器中，也用于制作法拉第旋光器與隔離器的磁光材料，適用波長400-1100nm

（不包括470nm-500nm）。而TSAG晶體是可見光和紅外波段的理想磁光晶體，具有維爾德常數(shù)大，化學(xué)、光特性極佳的優(yōu)點，適合高功率應(yīng)用，主要用于400-1600nm的波長范圍。公司TSAG晶體產(chǎn)品獲得“維科杯·OFweek2020年度激光行業(yè)激光元件、配件及組件技術(shù)創(chuàng)新獎”，并成功推向市場。相比于TGG，TSAG具有更高的維爾德常數(shù)，具有較為優(yōu)異的磁光性能、高激光損傷閾值、低吸收損耗以及容易制備等優(yōu)點，且可使隔離器更加小巧便捷，是高功率下光隔離器的理想材料。目前，TGG晶體（鋱鎵石榴石）是光隔離器中最常用的磁光材料。隨著光纖激光器技術(shù)不斷進(jìn)步，對光隔離器的性能要求不斷提高，磁光材料的各項性能參數(shù)要求隨之不斷提升，TGG晶體逐漸無法滿足需求，且具有生長過程中氧化鎵揮發(fā)分解、晶體螺旋生長、組分一致性差等問題，大尺寸、高均勻性生長方面還存在較大的困難，并且具有較高的光學(xué)吸收損耗，在高功率激光應(yīng)用方面遇到瓶頸。相比之下，性能更優(yōu)的TSAG晶體因此被稱為“下一代光纖激光器的關(guān)鍵材料”，但由于該晶體存在原料成本高、應(yīng)力大易開裂、大尺寸單晶生長困難等問題，從而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。隨著下游光通信等領(lǐng)域?qū)す馄鞯囊笙虺哳l、超高速、超大容量方向發(fā)展，TSAG未來應(yīng)用比例有望持續(xù)提升。光通信器件市場中，光有源器件占據(jù)大部分的市場份額，占比約為83%，光無源器件市場份額占比約為17%。光隔離器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括光纖激光器、光纖放大器、光纖CATV、相干光通信等。2020年，全球光隔離器市場規(guī)模約6.63億美元，且在不斷擴(kuò)大，預(yù)計2025年接近7.6億美元，其中光纖激光器是其重要下游市場。2021年中國磁光隔離器市場需求超過5000萬只，行業(yè)內(nèi)TOP4企業(yè)占據(jù)超七成份額，市場集中度相對較高。除用于生產(chǎn)光隔離器的TGG、TSAG兩種磁光晶體外，公司也主要為光纖激光器提供激光器件，如隔離器、調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器等。隔離器主要用于光纖激光器中保持光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止激光散射導(dǎo)致功率流失以及損壞器件；調(diào)制器可用于動態(tài)控制光的強(qiáng)度；偏轉(zhuǎn)器可用于控制光線在介質(zhì)中偏轉(zhuǎn)的角度，從而控制光線角度。3.2、Nd:YVO4泵浦性能應(yīng)用光纖激光器的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的固體激光器、氣體激光器，主要由泵浦源、增益介質(zhì)、諧振腔三大部分構(gòu)成。其中，泵浦源一般為高功率的半導(dǎo)體激光器，增益介質(zhì)為摻稀土元素的玻璃光纖，諧振腔由耦合器或光纖光柵等構(gòu)成。由泵浦源發(fā)出的泵浦光通過一面反射鏡耦合進(jìn)入增益介質(zhì)中，隨之被稀土元素光纖的增益介質(zhì)吸收。吸收了光子能量的稀土離子發(fā)生能級躍遷并實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)后的粒子經(jīng)過諧振腔，由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，釋放能量，并形成穩(wěn)定的激光輸出。最常用的光纖激光器泵浦為半導(dǎo)體激光器，又稱激光二極管（半導(dǎo)體泵浦固體激光器），是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。公司生產(chǎn)的激光晶體之一：摻釹釩酸釔（Nd:YVO4）晶體作為一種性能優(yōu)良的激光晶體，適于制造激光二極管泵浦特別是中低功率的激光器。Nd:YVO4晶體與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。公司的另一種相似產(chǎn)品：摻釹釔鋁石榴石

（Nd:YAG）晶體是最早和最著名的激光晶體，具有高增益、低激光閾值、高效率等優(yōu)點，是使用最廣泛的固態(tài)激光材料，應(yīng)用于材料加工、焊接、切割及激光醫(yī)學(xué)系統(tǒng)等。因此，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品可通過制造半導(dǎo)體泵浦，從而間接應(yīng)用于光纖激光器的生產(chǎn)。在吸收系數(shù)方面，Nd:YVO4最大的優(yōu)勢在于更寬的吸收帶寬范圍內(nèi)，具有比Nd:YAG高5倍的吸收效率，且能夠達(dá)到當(dāng)前高功率激光二極管的標(biāo)準(zhǔn)。這意味著激光器生產(chǎn)商可以利用更小的晶體來制造體積更小的激光器，同時激光二極管可以用較小功率輸出特定的能量，從而延長使用壽命。除了較高的泵浦效率外，Nd:YVO4晶體在二極管的規(guī)格上提供了更大的選擇空間，將為激光器生產(chǎn)商節(jié)省更多的制造成本。另外，Nd:YVO4在1064nm和1342nm波長處具有較大的受激發(fā)射截面，因此連續(xù)輸出效率要大大超過Nd:YAG，這使得Nd:YVO4激光的兩個波長都可以更容易保持較強(qiáng)的單線激發(fā)。目前，Nd:YVO4激光器已在機(jī)械、材料加工、波譜學(xué)、晶片檢驗、顯示器、醫(yī)學(xué)檢測、激光印刷、數(shù)據(jù)存儲等多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用；同時Nd:YVO4二極管泵浦固態(tài)激光器正在迅速取代傳統(tǒng)的水冷離子激光器和燈泵浦激光器的市場。此外，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。4．光纖激光器下游規(guī)模穩(wěn)步增長4.1、光纖激光器全球市場規(guī)?？焖僭鲩L根據(jù)工作物質(zhì)的不同，激光器可被分為主要四大類：固體激光器、光纖激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。其中固體激光器用途比較廣泛，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域均有需求，也可用于激光切割、焊接、鉆孔等工業(yè)應(yīng)用。光纖激光器在工業(yè)加工領(lǐng)域中主要用于材料切割，光通信、傳感、軍事領(lǐng)域等也有涉及。氣體激光器主要在工業(yè)加工中起到切割材料的作用。半導(dǎo)體激光器在各類激光器中具有最佳的光電轉(zhuǎn)換效率（工業(yè)用可達(dá)45%，實驗室已達(dá)到70%），然而相對于光纖激光器，其光束質(zhì)量稍差，所以很少用于切割，唯一能夠做切割應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器廠商是美國的Teradiode，已被松下收購。半導(dǎo)體激光器應(yīng)用最廣泛的是打標(biāo)、金屬的焊接、熔覆、硬化，以及塑料焊接等應(yīng)用。在材料切割的工業(yè)領(lǐng)域中，光纖激光器與氣體激光器的使用較為廣泛，但二者的適用范圍不同，不能相互替代，而是共同存在。此外，光纖激光器與氣體激光器在材料成本、電力消耗、產(chǎn)生熱量、切割速度等方面也有其他差別。全球工業(yè)激光器市場規(guī)模呈現(xiàn)不斷擴(kuò)大的態(tài)勢。2013-2020年，全球工業(yè)激光器市場規(guī)模從24.9億美元增至51.6億美元，CAGR為11.0%，其中光纖激光器市場規(guī)模從8.4億美元增至27.2億美元，CAGR為18.2%。近年來，全球工業(yè)激光器市場規(guī)模增長較為穩(wěn)定，2021年市場規(guī)模為53.5億美元，同比增長3.7%，2022年全球工業(yè)激光器市場規(guī)模有望達(dá)57.9億美元。同時，受激光材料加工的主要終端行業(yè)如微電子、汽車、一般鈑金加工的需求拉動，2021年全球工業(yè)激光系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到213億美元，同比增長22%，激光需求出現(xiàn)回升。在工業(yè)激光器結(jié)構(gòu)占比中，相比于半導(dǎo)體激光器、固體激光器和氣體激光器，光纖激光器憑借其較低成本、高功率等優(yōu)勢、及其不斷拓展的應(yīng)用領(lǐng)域（如鈑金加工領(lǐng)域），在全球工業(yè)市場的占有率穩(wěn)定超過50%，2020年所占份額已達(dá)52.7%。長期來看，光纖激光器占比最高，由2013年的33.8%增長至2020年的52.7%；其次為固體激光器，2020年結(jié)構(gòu)占比為16.7%。就地區(qū)而言，中國在激光系統(tǒng)市場增長方面發(fā)揮著重要的作用，在全球工業(yè)制造業(yè)中貢獻(xiàn)了很高的份額。作為迄今為止工業(yè)激光系統(tǒng)的最大市場，中國采用激光技術(shù)的程度與歐洲和美國相當(dāng)。在國內(nèi)市場，目前我國光纖激光器行業(yè)正處于市場高速增長期，規(guī)模從2016年的54億元增長至2020年的94.2億元，2021年達(dá)到125億元的市場總規(guī)模，2022年將會繼續(xù)增長至138億元，同比增加10.6%；未來或?qū)⒊蔀槿蚴袌鲈鲩L的主要驅(qū)動力。根據(jù)龍頭公司銳科激光的數(shù)據(jù)，2021年光纖激光器人工成本占5.7%，制造費(fèi)用占11.8%，直接材料成本占比82.5%；其中上游核心器件占據(jù)光纖激光器約80%的成本，包括泵浦源、特種光纖、光纖耦合器、傳輸光纜、功率合束器、光纖光柵等零部件等。因此，公司處于光纖激光器的重要上游材料行業(yè)中，隨著國內(nèi)及全球的光纖激光器市場不斷擴(kuò)張，以及光纖激光器在全球工業(yè)激光器結(jié)構(gòu)占比的增加，光纖激光器將對上游的激光晶體、磁光晶體及激光器件等產(chǎn)品的市場需求起到正向帶動作用。4.2、通用制造及定制化市場促進(jìn)下游需求激光設(shè)備市場的下游較為廣泛，從傳統(tǒng)加工領(lǐng)域到高端制造市場，各類激光器在工業(yè)、通信、醫(yī)療、科研、商業(yè)等領(lǐng)域均具有重要應(yīng)用。2020年，中國激光設(shè)備約63%應(yīng)用于工業(yè)加工領(lǐng)域，其中工業(yè)主要應(yīng)用方向包括切割、打標(biāo)、焊接等。在光纖激光器市場，根據(jù)國際龍頭企業(yè)IPG在2021年的收入結(jié)構(gòu)分析，切割、焊接、打標(biāo)為目前最主要的下游應(yīng)用，且根據(jù)激光行業(yè)規(guī)模與下游特點，預(yù)估在激光切割、焊接、打標(biāo)總體設(shè)備中約58%~71%是標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的部分。因此，光纖激光器的下游應(yīng)用可分為兩大部分：通用制造市場和定制化市場。通用制造市場指激光器應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的產(chǎn)品，包括一般鈑金加工、鋰電、光伏等領(lǐng)域；在這部分應(yīng)用中，行業(yè)一般具有標(biāo)準(zhǔn)化需求，激光器國產(chǎn)化率較高。而對于下游行業(yè)較為明確的應(yīng)用，即定制化市場，激光器產(chǎn)業(yè)為下游提供的定制化程度較高，如汽車、3C電子、醫(yī)療、航空航天等；在這部分應(yīng)用中，市場的絕對規(guī)模與占比均較小，目前主要以進(jìn)口激光器為主。4.2.1、通用制造標(biāo)準(zhǔn)化程度高作為光纖激光器通用制造中應(yīng)用最廣泛且普遍的領(lǐng)域，激光切割、打標(biāo)、焊接的市場規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大，保證了光纖激光器下游需求的穩(wěn)定增長。在激光切割領(lǐng)域，2021年市場規(guī)模達(dá)280億元，2016年到2021年CAGR為5%；其中標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的一般鈑金切割設(shè)備占56%~76%，其余設(shè)備則應(yīng)用于金屬、陶瓷、藍(lán)寶石、玻璃等的高精度加工，對產(chǎn)品定制化與精度要求較高。在激光焊接領(lǐng)域，2021年市場規(guī)模達(dá)67億元，2018年到2021年CAGR為25%。激光焊接的主要下游應(yīng)用包括動力電池、汽車、消費(fèi)電子、手持焊等，分別占據(jù)43.6%、35.8%、11.7%、8.9%，其中手持焊應(yīng)用為偏標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用。近幾年，激光焊接在動力電池、汽車、消費(fèi)電子等精細(xì)微加工領(lǐng)域和航空發(fā)動機(jī)、火箭飛行器、汽車發(fā)動機(jī)等結(jié)構(gòu)零部件高度復(fù)雜的尖端科技領(lǐng)域應(yīng)用逐漸增多，滲透率將加速提升。2021年，中國激光焊接成套設(shè)備市場獲66.5億元收入，同比增29.9%，預(yù)計2022年將突破80億元。在激光打標(biāo)領(lǐng)域，我國市場規(guī)模約90億元，2017年到2021年CAGR為2%。該領(lǐng)域終端應(yīng)用豐富，在激光加工領(lǐng)域?qū)儆谧顬槌墒斓念I(lǐng)域之一，其中絕大多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用。4.2.2、3D打印快速增長光纖激光器除應(yīng)用于切割、焊接、打標(biāo)等傳統(tǒng)工業(yè)加工領(lǐng)域外，其定制化市場應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，激光醫(yī)療、激光雷達(dá)、激光顯示、激光檢測等新興激光應(yīng)用正蓬勃發(fā)展，帶來了廣闊的行業(yè)增長空間。光纖激光器的新興應(yīng)用領(lǐng)域之一為3D打印設(shè)備的生產(chǎn)，而3D打印作為科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的前沿技術(shù)，正受到產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注和政府的大力扶持，增長迅速，有望進(jìn)一步擴(kuò)大光纖激光器市場規(guī)模。3D打印指由三維模型數(shù)據(jù)驅(qū)動、利用逐層添加材料的方式直接制造產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，工作原理與普通打印基本相同，區(qū)別在于打印材料不同。3D打印機(jī)的打印材料是金屬、陶瓷、樹脂等工業(yè)原材料，與電腦連接后，通過電腦控制3D模型實現(xiàn)打印材料的疊加。3D打印本質(zhì)上為一種加工方式。制造技術(shù)可分為三種方式；在傳統(tǒng)制造方法中，“減材制造”指利用刀具或電化學(xué)的方法去除不需要的材料，“等材制造”主要指利用模具控型，將材料變?yōu)樗杞Y(jié)構(gòu)的零件或產(chǎn)品。第三種方式則為近年來發(fā)展起來的3D打印技術(shù)，是用材料逐層累積制造物體的方法，也稱為“增材制造”。根據(jù)所用耗材和成型原理的差異，目前主流的3D打印技術(shù)可分為擠出熔融成型、粒裝物料成型、光聚合成型等三種類型；而每種類型按成型技術(shù)的不同又演化出多個種類。而按照打印耗材種類的不同，3D打印又分為非金屬3D打印技術(shù)和金屬3D打印技術(shù)（DMP）。其中，SLM、DMLS、EBM等屬于金屬材料3D打印技術(shù)，F(xiàn)DM、SLA、DLP、3DP等屬于非金屬3D打印技術(shù)。激光器為實現(xiàn)3D打印最精密的核心器件。3D打印用主流激光器包括紫外激光器、光纖激光器以及氣體激光器（CO2激光器），YAG激光器也曾被應(yīng)用。根據(jù)成型材料的不同，3D打印機(jī)會匹配不同的激光器，然而隨著激光器制造行業(yè)的不斷發(fā)展，激光器與3D打印工藝的匹配也在不斷革新?，F(xiàn)階段光聚合成型技術(shù)普遍使用固體紫外激光器，粒狀物料成型技術(shù)則使用氣體激光器對非金屬材料進(jìn)行燒結(jié)。在金屬材料打印領(lǐng)域，早期采用的二氧化碳激光器由于功率較高，已不再此領(lǐng)域應(yīng)用，而隨著光纖激光器被逐步推向商業(yè)市場，YAG激光器的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來。目前，雖仍有少量YAG激光器用于3D打印，但光纖激光器因其更高的電光轉(zhuǎn)換效率、更穩(wěn)定的性能，已占據(jù)絕大多數(shù)金屬材料打印市場，成為金屬打印發(fā)展的一大趨勢。金屬增材制造市場，即金屬3D打印市場，應(yīng)用領(lǐng)域多元，近年來全球規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。由于3D打印技術(shù)具有結(jié)構(gòu)精密、整體性好、具有均勻的微觀結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑、醫(yī)藥、航空航天等諸多領(lǐng)域。根據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，由于工業(yè)機(jī)械、汽車制造、航天航空等領(lǐng)域?qū)τ跇?gòu)件質(zhì)量要求、定制化要求較高，因此，我國3D打印應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于工業(yè)機(jī)械、汽車制造、航天航空等領(lǐng)域，三者合計占比超過50%。金屬增材制造中SLM、EBM、LENS技術(shù)正逐步加大在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用，增長潛力較大。由于3D打印技術(shù)滿足航空航天零部件制造和研發(fā)的主要目標(biāo)，且航空航天領(lǐng)域更加注重安全與性能、價格敏感度較低，在主要應(yīng)用于飛機(jī)、飛船等精密零部件的設(shè)計與制造等方向，能夠縮短設(shè)計和測試航空發(fā)動機(jī)的時間，減輕零部件重量，提高燃料效率等。其中，SLM技術(shù)是近年航空航天領(lǐng)域快速發(fā)展的新型金屬增材制造技術(shù)。此外，3D打印也正在汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域快速發(fā)展。作為最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一，3D打印在汽車工業(yè)的模型設(shè)計、復(fù)雜零件制造、整車模型制作等方面相比傳統(tǒng)工藝具有高精度、低成本、重量輕的特點，可滿足汽車零部件定制化需求。而醫(yī)療行業(yè)一直是3D打印技術(shù)主流應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)可應(yīng)用于齒科、骨科甚至活體器官制作。3D打印的全球及國內(nèi)市場規(guī)模正逐漸擴(kuò)大、穩(wěn)步增長。2021年全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到152.44億美元，同比增長19.5%，過去四年平均增長率高達(dá)20.4%，其中，增材制造專用材料、裝備和服務(wù)總產(chǎn)值達(dá)到122.5億美元。預(yù)計2026年全球增材制造市場規(guī)模達(dá)445億美元。在國內(nèi)市場，2017-2020年，3D打印規(guī)模逐年增加，且增長速度略快于全球整體增速，我國3D打印占全球的比重在不斷增加。2021年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模增至261.5億元，同比增長34.1%；2022年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到330.0億元，2024年將突破500億元。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，中國增材制造規(guī)模以上企業(yè)由2016年的20余家增長至2021年的100余家，57%為工業(yè)級企業(yè)，43%為消費(fèi)級企業(yè)，國內(nèi)營業(yè)收入超過1億元的增材制造企業(yè)數(shù)量已超過40家。2021年我國增材制造企業(yè)營收約為265億元，近4年平均增長率30%。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，2021年3D打印設(shè)備占據(jù)近一半的市場份額，3D打印材料、打印服務(wù)市場分別占據(jù)24%、26.5%。此外，3D打印市場正在經(jīng)歷從塑料打印到金屬打印的轉(zhuǎn)變。激光器是金屬材料打印過程中采用的關(guān)鍵零部件，因此，隨著3D打印整體行業(yè)的繁榮、以及金屬3D打印領(lǐng)域的發(fā)展，3D金屬打印設(shè)備市場規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)張，進(jìn)而帶動光纖激光器的發(fā)展。4.2.3、激光雷達(dá)引領(lǐng)智能駕駛進(jìn)階4.2.3.1、車載激光雷達(dá)推動L3+級別智能駕駛激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，其以激光器作為輻射源，是一種采用光電探測技術(shù)手段的主動遙感設(shè)備。通過向目標(biāo)發(fā)射激光束作為探測信號，并將接收到的反射回來的信號與探測信號作對比，在一系列處理后，系統(tǒng)可以獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、形狀等參數(shù)，從而完成對目標(biāo)的探測、跟蹤和識別。激光雷達(dá)系統(tǒng)主要由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)包括激光器以及光學(xué)擴(kuò)束單元，發(fā)射波長在600-1550nm之間；接收系統(tǒng)則采用望遠(yuǎn)鏡及各種形式的光電探測器組合。相較于毫米波、超聲波、攝像頭等傳感器，激光雷達(dá)的發(fā)射源具有能量密度高、方向性好的特點，大多數(shù)激光雷達(dá)的探測距離可達(dá)到100m以上，具有測距遠(yuǎn)的優(yōu)點；同時，激光雷達(dá)具有分辨率高、受環(huán)境干擾小等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、無人駕駛、人工智能、軍事、3D打印、VR/AR等眾多場景中。在汽車電子行業(yè)領(lǐng)域，隨著智能駕駛技術(shù)快速發(fā)展，激光雷達(dá)已經(jīng)成為攝像頭、毫米波雷達(dá)等探測方式的重要補(bǔ)充，是諸多主機(jī)廠邁向自動駕駛的必需品，產(chǎn)品正從概念快速跨越至量產(chǎn)。在智能駕駛領(lǐng)域，傳感器需要滿足成本、探測距離、抗干擾性等綜合需求，而由于各類傳感器各有優(yōu)劣，因此“多傳感器融合”的技術(shù)方案已成為大部分智能駕駛系統(tǒng)的首選，通過有機(jī)融合完成更加優(yōu)異的探測表現(xiàn)。對于智能駕駛的感知層融合配制，市場上主要有兩大技術(shù)流派：攝像頭主導(dǎo)方案和激光雷達(dá)主導(dǎo)方案?！皵z像頭主導(dǎo)方案”的感知系統(tǒng)由攝像頭、毫米波雷達(dá)組成，輕感知重算法，采用“攝像頭+算法”來模擬人眼與人腦的純視覺駕駛行為。該方案依賴大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練來提高感知的精準(zhǔn)度，在技術(shù)成熟度、成本等方面具備優(yōu)勢，但在精度、可靠性方面具有局限性，尤其應(yīng)對汽車高速行駛等場景時，需要人為的大量干預(yù)。特斯拉為應(yīng)用此方案的典型代表，在L2及以下的智能駕駛階段，該方案優(yōu)勢較明顯。而“激光雷達(dá)主導(dǎo)方案”的感知系統(tǒng)由激光雷達(dá)主導(dǎo)，攝像頭、毫米波雷達(dá)作為輔助，重感知輕算法，能夠?qū)崿F(xiàn)三維的實時感知，避開了對算法和數(shù)據(jù)的高度依賴，在探測精度、可靠性和抗干擾能力等方面具備優(yōu)勢。該方案可以顯著提升智能駕駛系統(tǒng)的可靠性和冗余度，被認(rèn)為是L3及以上智能駕駛的必備傳感器系統(tǒng)?！凹す饫走_(dá)主導(dǎo)方案”以Waymo、百度等無人駕駛型企業(yè)和蔚來、小鵬、理想等造車新勢力為典型代表。因此，隨著智能駕駛技術(shù)向L3進(jìn)階，高精度、高可靠性的激光雷達(dá)將成為不可或缺的部件。在競爭格局方面，三大車載雷達(dá)分別為毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)與超聲波雷達(dá)。由于超聲波雷達(dá)主要應(yīng)用于倒車輔助，無法形成環(huán)境圖像信息，因此僅能在自動駕駛方案中起到輔助作用。而作為兩種主流自動駕駛方案的主導(dǎo)探測雷達(dá)，毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)存在競爭替代關(guān)系。與較為成熟的毫米波雷達(dá)相比，車載激光雷達(dá)這一新興領(lǐng)域正在經(jīng)歷高速成長，市場規(guī)模不斷提升。2022年中國毫米波雷達(dá)市場總規(guī)模86億元，同比增長24.6%，其中車載毫米波雷達(dá)擁有70億元規(guī)模，工業(yè)毫米波雷達(dá)、家用毫米波雷達(dá)分別為11億元、5億元市場規(guī)模。在激光雷達(dá)方面，2021年我國車載激光雷達(dá)市場規(guī)模為4.6億元，2022年達(dá)到16.0億元，預(yù)計2025年將增長至54.6億元，實現(xiàn)85.7%的年復(fù)合增長率。根據(jù)2022年市場規(guī)模數(shù)據(jù)可得，車載激光雷達(dá)與車載毫米波雷達(dá)在自動駕駛領(lǐng)域的比率約為16%、84%。4.2.3.2、半導(dǎo)體、光纖激光器用于激光雷達(dá)目前，激光雷達(dá)在測距原理、激光波長、收發(fā)元器件、光束掃描等部分均存在多重技術(shù)方案，因此產(chǎn)品形態(tài)多樣。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，激光雷達(dá)的主要種類。此外，按照線束來分類，即激光發(fā)射器的光源數(shù)，有16線、32線、64線、96線和128線及以上；按總體的技術(shù)結(jié)構(gòu)來看，分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)式、混合固態(tài)及純固態(tài)。MEMS、轉(zhuǎn)鏡等掃描方式均屬于混合固態(tài)的激光雷達(dá)掃描方式。Flash，OPA則為純固態(tài)技術(shù)。激光光源作為激光雷達(dá)的核心器件之一，其性能將直接影響整套雷達(dá)系統(tǒng)的性能。在激光光源的選擇過程中，需要綜合考慮實際應(yīng)用環(huán)境、技術(shù)方案、性能需求、成本等因素；在車載激光雷達(dá)這一應(yīng)用場景中，需要多種類型的激光光源來適應(yīng)不同的道路環(huán)境。從性能角度出發(fā)，激光雷達(dá)的激光器應(yīng)盡可能達(dá)到較高的發(fā)射功率密度，從而使同樣尺寸的器件實現(xiàn)更高的發(fā)光效率；同時，在光熱效應(yīng)的作用下，溫度的變化會造成激光波長的微小漂移，為提升激光雷達(dá)的信噪比，激光器需要有較低的溫升和較小的溫漂系數(shù)。對于光束質(zhì)量，即光斑的形狀和能量分布，最好是規(guī)整的圓形以便于測距。目前，激光雷達(dá)所用的激光器主要有三種類型：半導(dǎo)體邊發(fā)射激光器（EEL）、半導(dǎo)體垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、光纖激光器。一般來說，905nm波長的激光雷達(dá)可選擇半導(dǎo)體激光器，其中EEL產(chǎn)品技術(shù)與體系較為成熟、功率密度高；而VCSEL則在光束形狀、光譜寬度、溫漂系數(shù)等指標(biāo)上略勝一籌，且制造成本較低，配套的光學(xué)器件較為簡單、無需單獨(dú)調(diào)制。EEL因其較高的功率密度，在市場上仍占據(jù)主流地位，而目前禾賽科技與Lumentum已嘗試在AT128轉(zhuǎn)鏡式遠(yuǎn)程雷達(dá)上搭載了VCSEL激光器，有望在市場上實現(xiàn)突破。在1550nm波段，需要采用銦鎵砷或磷化銦，而該材料所制備的半導(dǎo)體激光器的功率較低、無法滿足要求，因此該波段通常采用光纖激光器。與半導(dǎo)體激光器相比，光纖激光器的激光光束質(zhì)量高、功率高，但成本較高。此外，固體激光器也是激光雷達(dá)激光器的一種，是閃光式車載激光雷達(dá)(FlashLiDAR)技術(shù)路線的激光光源方案。閃光式車載激光雷達(dá)是真正意義上的全固態(tài)激光雷達(dá)，然而目前用于車載的激光雷達(dá)中，主力仍為混合激光雷達(dá)。4.2.3.3、光纖激光雷達(dá)有望成為高端解決方案由于905nm波長的激光雷達(dá)普遍采用半導(dǎo)體激光器，而1550nm波長則對應(yīng)著光纖激光器，因此激光雷達(dá)波長的選擇對于激光器的使用起到?jīng)Q定性作用。對于車載激光雷達(dá)來說，905nm波長與1550nm波長的比較需要綜合考慮安全規(guī)定、探測距離、抗干擾性、功耗與成本等角度。首先，車載激光雷達(dá)需要考慮到激光輻射的安全性問題，而影響安全性的是波長、輸出功率以及激光輻射時間共同作用的結(jié)果。由于強(qiáng)光在通過人眼晶狀體時會聚焦到視網(wǎng)膜上，從而會給視網(wǎng)膜帶來灼燒效果，對人眼產(chǎn)生一定的風(fēng)險；而激光雷達(dá)905nm與1550nm的激光波長已經(jīng)超出可見光波長范圍，因此，當(dāng)高功率運(yùn)行的激光雷達(dá)發(fā)出激光時掃射到人的眼球，將對人眼造成一定的傷害。出于保護(hù)人眼的原因，國際電工委員會（IEC）規(guī)定激光雷達(dá)的波長安全上限為900nm左右，這也意味著905nm波長的激光雷達(dá)在車載安全規(guī)定約束下僅能保持較低功率運(yùn)行，安全峰值功率僅有6W。然而，波長在1400nm以上的激光在到達(dá)視網(wǎng)膜之前就會被眼球的透明部分完全吸收，從而避免對人眼的傷害，IEC的規(guī)定并不涵蓋1400nm以上的波長區(qū)間。因此，相比于905nm波長，1550nm波長的激光雷達(dá)人眼安全峰值功率有6×10^6W，能夠以905nm波長雷達(dá)40倍的功率運(yùn)行，而提升功率可帶來更高的云分辨率、更遠(yuǎn)的探測距離、對復(fù)雜環(huán)境更好的穿透力。相比905nm波長，1550nm波長的激光雷達(dá)可以實現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測距離。在高端測繪領(lǐng)域，1550nm波段在激光雷達(dá)的應(yīng)用要早于905nm波段，因為1550nm激光雷達(dá)的光束發(fā)散角比905nm小得多。950nm激光器的發(fā)光面約為幾百微米，而1550nm光纖激光器的發(fā)光面僅有10微米左右，更小的發(fā)光面意味著光斑的遠(yuǎn)場發(fā)散角可以抑制得越小。較大的發(fā)散角會導(dǎo)致光束照在遠(yuǎn)處小物體上后返回的能量不夠大，從而導(dǎo)致探測不到，同時也會影響復(fù)雜場景下的點云精度。因此，1550nm波長的激光雷達(dá)相比905nm波長可以對遠(yuǎn)距離的小物體完成更準(zhǔn)確的測量，實現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測距離。一般來說，1550nm波長的激光雷達(dá)在10%反射率標(biāo)準(zhǔn)下的探測距離是250米，最遠(yuǎn)探測距離可達(dá)500米；而950nm波長的激光雷達(dá)探測距離約為150米左右，一般不超過200米。目前車規(guī)級905nm激光雷達(dá)探測距離（10%反射率）約為150m，而1550nm激光器探測距離（10%反射率）約為250m，探測距離更遠(yuǎn)，可提供更多安全冗余，正逐步獲得市場認(rèn)可。在抗干擾方面，1550nm波長的激光雷達(dá)具有更加優(yōu)秀的表現(xiàn)。車載激光雷達(dá)需要應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境，如在逆光、雨雪霧霜等場景下，需要盡可能減少環(huán)境對探測準(zhǔn)確性的影響。在抗日光干擾方面，由于1550nm波長的激光雷達(dá)采用光纖激光器，發(fā)出來的光能量密度高，亮度極高。激光雷達(dá)發(fā)出的光需要在亮度上超過外部的其他光源，才能抵抗后者的干擾，因此相較905nm激光器，1550nm光纖激光器的抗日光干擾能力更強(qiáng)。然而，由于1550nm波長的光更易被液態(tài)水吸收，在雨霧等天氣條件下，探測距離和探測能力會有所降低。針對雨霧天氣下這一問題，目前的解決方案是通過將激光器的功率提升來克服，不過功率的提高也會同時導(dǎo)致散熱難度加大、可靠性降低及壽命縮短等問題。在實際應(yīng)用中，前視激光雷達(dá)遇到的“雨水”通常是“雨點”而非“雨簾”，而雨點幾乎不具備完全屏蔽1550nm激光的能力。面向前向的雨水，1550nm激光雷達(dá)和905nm激光雷達(dá)的探測差別并不明顯，而對于地面上成片的“水灘”，二者均會出現(xiàn)被致盲的情況。因此，在雨霧條件下，二者的抗干擾性相差不明顯。從大氣散射方面考慮，光的波長越長，光的穿透能力越強(qiáng)；因此1550nm激光雷達(dá)穿透力更強(qiáng)，抗干擾性也更優(yōu)越。1550nm波長的激光雷達(dá)擁有的更遠(yuǎn)探測距離，是以其高功率作為代價的。905nm波長激光雷達(dá)典型功耗約為20W，而1550nm波長典型功耗約為30W以上，這是由于905nm半導(dǎo)體激光器光電轉(zhuǎn)換效率更高，約為40%左右，而1550nm光纖激光器由于其波長更長、激光器光纖耦合放大過程損失更多，光電轉(zhuǎn)化效率僅有12%左右。同時，更高的功耗也會帶來散熱問題。1550nm激光雷達(dá)的另一個缺點在于其成本較高。目前，用于激光雷達(dá)的1550nm光纖激光器單價約為上萬元，成本約為905nm半導(dǎo)體激光器的數(shù)倍，且使用的1550nm光纖激光器體積也很大。此外，1550nm激光器對應(yīng)的接收傳感器的成本也比905nm更高。905nm波長的接收器可以用Si來做原材料，而1550nm波長所對應(yīng)的光纖接受傳感器需要用到銦鎵砷材料，而這種材料的成本是Si的10倍，且目前無成本下降的趨勢。此外，如前文所述，為保證1550nm激光雷達(dá)的探測距離，激光雷達(dá)需要保持高功率運(yùn)行，從而帶來較復(fù)雜的散熱問題，使綜合成本進(jìn)一步上升?？偨Y(jié)來說，在目前占主流的混合固態(tài)車載激光雷達(dá)領(lǐng)域，相比于905nm波長，1550nm波長的激光雷達(dá)從安全規(guī)定、探測距離、抗干擾性等性能方面均有更加優(yōu)異的性能表現(xiàn)；然而采用1550nm激光雷達(dá)將面臨更高的成本、更大的體積，高功率運(yùn)行下的散熱問題也是光纖激光器的短板之一。目前，905nm激光雷達(dá)的技術(shù)集成度較高、供應(yīng)鏈更為成熟，是車載激光雷達(dá)的主流波長選擇，在2021年第三季度約占69%市場份額；而1550nm激光雷達(dá)由于其高成本等原因，約占市場14%。通過比較1550nm的光纖激光器及905nm的EEL、VCSEL兩種半導(dǎo)體激光器，光纖激光器因其輸出功率好、光束質(zhì)量高，是高性能系統(tǒng)的理想選擇，有望成為高端產(chǎn)品的解決方案。4.2.3.4、1550nm車載激光雷達(dá)落地目前激光雷達(dá)廠商的市場格局及應(yīng)用車型，其中國際巨頭包括法雷奧

（Valeo）、Luminar、Innoviz、Ibeo、Velodyne等品牌，合計約占46%全球市場份額；國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)包括速騰聚創(chuàng)、大疆、圖達(dá)通（Innovusion）、華為以及禾賽科技等，合計約占26%，在全球范圍內(nèi)占據(jù)較大市場份額；其中速騰聚創(chuàng)已成為國內(nèi)排名第一的激光雷達(dá)廠商，全球市占率10%，僅次于28%的法雷奧，其生產(chǎn)的M1型號的激光雷達(dá)被各車企廣泛應(yīng)用。從激光波長方面來看，采用1550nm方案的廠商包括Luminar、圖達(dá)通及華為，其余廠商均采用較為傳統(tǒng)的905nm激光雷達(dá)。目前L2級別的自動駕駛技術(shù)已經(jīng)在電動車平臺廣泛搭載，滲透率逐年上升，在2021年達(dá)到22.2%；2022年作為L3技術(shù)的落地元年，由L2過渡至L3級智能駕駛系統(tǒng)的車輛增速加快，各車企紛紛布局L3智能駕駛。相比于目前廣泛應(yīng)用于L2車輛的“攝像頭主導(dǎo)方案”，“激光雷達(dá)主導(dǎo)”方案在探測精度、可靠性和抗干擾能力等方面可以顯著提升智能駕駛系統(tǒng)的可靠性和冗余度，將推動L3及以上的自動駕駛快速發(fā)展。根據(jù)激光雷達(dá)出貨量數(shù)據(jù)，測算2025年全球車載激光雷達(dá)市場規(guī)模將達(dá)到約70.3億美元，至2027年有望達(dá)到129.7億美元。在高級輔助駕駛市場，預(yù)計至2025年全球乘用車新車市場L3級自動駕駛的滲透率將達(dá)6%，即每年近600萬輛新車將搭載激光雷達(dá)。按照沙利文預(yù)計，2025年高級輔助駕駛激光雷達(dá)市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到46.1億美元，2019年至2025年復(fù)合增長率達(dá)83.7%。在“激光雷達(dá)主導(dǎo)”方案中，承擔(dān)主要傳感任務(wù)的激光雷達(dá)每輛搭載數(shù)量在1到5顆之間。其中1550nm波長的激光雷達(dá)由于其探測距離相對較遠(yuǎn)，大部分車輛僅需