激光起源于 20 世纪 60 年代初期,是20 世纪与原子能、半导体、计算机齐名的四大发明之一。由于激光具有完全不同于普通光的性质,很快被广泛应用于各个领域,并深刻地影响了科学、技术、经济和社会的发展及变革。激光具有四大优异的特性:单色性好、相干性好、方向性好、亮度高。激光在技术上具有无可比拟的先进性,其突出优点是加工精度高,不影响材料的物理特性,有助于提高加工质量;加工速度快,劳动生产率高;无污染、原材料消耗低。
从各项具体的性能指标看,光纤激光器和半导体激光器具有各方面的优势比较多,也将是行业发展的趋势方向,但是像二氧化碳激光器和固体激光器由于自身的特点,具有其他激光器不可替代的性能,有特定的不可替代的应用领域。
与其他激光器对比,光纤激光器下游应用趋势更好
种类 | 优势 | 应用和趋势 |
固体激光器 | 固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲激 光器的输出能量可达千焦耳级。经调 Q 和多级放大的钕玻 璃激光系统的最高脉冲功率达 10 瓦。钇铝石榴石连续激 光器的输出功率达百瓦级,多级串接可达千瓦。 | 固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化,包括寻求新 波长和工作波长可调谐的新工作物质,提高激光器的转换效 率,增大输出功率,改善光束质量,压缩脉冲宽度,提高可 靠性和延长工作寿命等。 |
半导体激光 器 | 能量效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子 井型的效率有 20%-40%,P-N 型也达到数 20%-25%。另外, 它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围,而光脉冲 输出达 50W(带宽 100ns)等级的产品也已实现商业化 | 半导体激光器的最大应用是作为光纤激光器和固体激光器的 泵浦源,此外在金属切割和焊接、塑料焊接、激光熔覆、激 光锡焊等方面都有应用。 |
二氧化碳激 光器 | 功率范围较大。涵盖小于 10 瓦到大于 20,000 瓦,而且可 以在连续波模式或脉冲条件下运转。在具有足够的谐振腔 长度下,合适的激光设计能够获得极佳的光束质量。 | 二氧化碳激光器能够胜任材料加工领域的新应用、激光测距 和雷达、热像视觉辅助及靶向医疗等应用。 |
准分子激光 器(气体) | 准分子激光与生物组织作用发生光化反应。即组织受到远 紫外光激光作用时,会断裂分子之间的结合键,将组织直 接分离成挥发性的碎片而消散无踪。其精确度达细胞水 平,能不损伤周围组织而达到对角膜的重塑目的。 | 目前,准分子激光已广泛应用在临床医学以及科学研究与工 业应用方面,如:钻孔、标记表面处理、激光化学气相沉积, 物理气相沉积,磁头与光学镜片和硅晶圆的清洁等方面,微机 电系统相关的微制造技术。 |
光纤激光器 | 具有优良的光束质量,可靠性,最长的免维护时间,最高 的整体电光转换效率,脉冲重复频率,最小的体积,无须 水冷的最简单、最灵活的使用方式,最低的运行费用。 | 脉冲光纤激光器以其优越性能成为高速、高精度激光标刻方 面的唯一选择。其输出波长可满足各方面的应用需求,在工 商业、通信、军事、医学等方面都有很好的应用前景。 |
资料来源:智研咨询整理
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,属于固体激光器的一种,但因增益介质形状特殊且具有典型的技术和产业优势,行业中一般将其与其他固体激光器分开进行研究。
典型的光纤激光器主要由光学系统、电源系统、控制系统和机械结构四个部分组成,其中,光学系统由泵浦源、增益光纤、光纤光栅、信号/泵浦合束器及激光传输光缆等光学器件材料通过熔接形成全光纤激光器,并在电源系统、控制系统的驱动和监控下实现激光输出。同时,光纤激光器根据功率大小的不同采用不同的冷却方式,通常情况下,功率低于 200W 时采用风冷结构,功率大于 200W 时采用循环水制冷,以保证激光器在工业环境条件下可靠稳定运行。
典型的光学激光器光学系统
资料来源:公开资料整理
综合来看,光纤激光器与传统的固体及气体激光器相比,光纤激光器具有激光光束质量好、能量密度高、电光转换效率高、散热性能好、结构紧凑、免维护、柔性传输、可加工材料范围广等优良特点,被誉为“第三代激光器”。光纤激光器电光转换效率可达 30%-35%,是传统固体、气体激光器效率的几倍,非常节能环保。光纤激光器拥有的上述无可比拟的技术优势,使其广泛应用于雕刻、打标、切割、熔覆、焊接、表面处理等材料加工领域,正在逐渐取代各种物理加工、化学加工、印刷加工等传统加工方式。目前,光纤激光器已成为激光技术发展主流方向和激光产业应用主力军。
智研咨询发布的《2019-2025年中国光纤激光器市场运行态势及战略咨询研究报告》显示:2012-2017年,全球激光器行业收入规模从87亿美元增加至2017年的111亿美元,年复合增长率为4.86%。事实上,至2015 年,中国已经取代欧洲,首次成为激光器最大的消费市场,约占全球市场规模的 29%。由于中国的企业数量多,人口基数大,只要激光技术能应用到某几个行业,就能带来B端企业的大量应用,从而实现市场规模的快速增长。
2011-2017年全球激光器市场规模走势图(单位:亿美元)
资料来源:智研咨询整理
激光加工技术的核心是激光器。激光器按照激光介质分,一般可以分为 CO2 激光器、固体激光器和光纤激光器等。激光器是激光加工设备的核心零部件,激光器的种类和好坏直接决定了激光加工设备的加工工艺,产品质量和使用成本。
激光加工一般需要考虑激光功率、作用时间以及材料对能量的吸收效率等,不同的激光器适用于不同的加工工艺。一般来说 CO2 激光加工设备适用于金属材料的加工,如激光打孔、切割或者焊接,而小功率的激光加工工艺,如激光打标、非金属材料的切割等,一般采用固体激光器或者光纤激光器等。此外,光纤激光器功率范围较广,且具有免维护等特点,开始逐渐替代其他种类的激光加工设备。
全球激光器产品结构
资料来源:智研咨询整理
全球光纤激光器收入从 2013 年的18.14亿美元,增加至 2017 年的 43.65亿美元, 近 4 年年均增长率为 24.55%,保持快速增长态势。
2013-2017年全球光纤激光器市场规模走势图
资料来源:智研咨询整理
2017年我国光纤激光器行业市场规模79.6亿元,同比2016年的49.48亿元增长了60.87%。近几年我国光纤激光器行业市场规模及增速情况如下图所示:
2013-2017年中国光纤激光器行业市场规模及增速
资料来源:智研咨询整理
2007 年之前,国内光纤激光器的产业化领域仍然空白,国内企业产能不足、品质较差,因此在工业升级过程中从欧美进口的激光器数量不断增加。锐科激光是中国最早具有光纤激光器生产、研发能力的企业。目前,国内已出现超过 20 家光纤激光器品牌,光纤激光器主要供应商包括锐科激光、创鑫激光等。2017年我国光纤激光器行业产量约9.35万台,同比2016年的6.98万台增长了33.93%,如下图所示:
2014-2017年光纤激光器行业生产总量及增速
资料来源:智研咨询整理
目前,国内光纤激光器生产企业主要集中在武汉、上海、北京、深圳等地区。2017年国内80%以上光纤激光器产能集中在武汉、上海、北京、深圳。
2013-2017年光纤激光器行业供需平衡现状
年份 | 光纤激光器产量:台 | 光纤激光器需求量:台 | 光纤激光器进口量:台 |
2013年 | 13205 | 19825 | 6620 |
2014年 | 19815 | 34200 | 14385 |
2015年 | 28860 | 45800 | 16940 |
2016年 | 69810 | 86200 | 16390 |
2017年 | 93500 | 108700 | 15200 |
资料来源:智研咨询整理
光纤激光器技术优势突出,应用范围不断扩展,市场前景广阔。光纤激光器具有光电转换 效率高、光束质量好、投资维护成本低等优点,为材料加工的理想激光器。随着光纤激光 技术的发展和下游行业需求的增加,光纤激光器市场规模保持快速增长。传统制造、汽车生产、重工制造等行业正越来越多的使用光纤激光器;同时,医疗美容、通信和航空航天领域也开始使用光纤激光器。
中国成为全球激光器最大的消费市场,光纤激光器将有很大市场空间。中国激光产业市场 起步较晚,但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。 中国是活跃的制造业市场及工业激光设备的主要市场,受宏观经济发展、制造业产业升级、 国家政策支持等因素影响,中国工业激光产业成为受高度关注的产业之一,市场发展迅速。
光纤激光器行业供需平衡趋势预测
年份 | 光纤激光器产量:万台 | 光纤激光器需求量:万台 | 净进口量:万台 |
2018年 | 11.18 | 12.55 | 1.37 |
2019年 | 14.25 | 15.02 | 0.77 |
2020年 | 16.98 | 18.12 | 1.14 |
2021年 | 20.75 | 21.95 | 1.2 |
2022年 | 25.17 | 26.75 | 1.58 |
2023年 | 29.68 | 31.24 | 1.56 |
2024年 | 35.42 | 36.47 | 1.05 |
资料来源:智研咨询整理
2024-2030年中国光纤激光器行业市场运行状况及投资潜力研究报告
《2024-2030年中国光纤激光器行业市场运行状况及投资潜力研究报告》共十二章,包含中国光纤激光器行业部分企业现状分析,2024-2030年中国光纤激光器行业市场预测分析,2024-2030年光纤激光器行业发展趋势及投资风险分析等内容。
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