摘要:当前,中国超快激光器行业正处于快速发展阶段,展现出强劲的增长势头。2024年,中国超快激光器行业市场规模为42.58亿元,同比增长5.92%。随着制造业的转型升级和高端制造需求的不断提升,超快激光器作为关键加工工具,其市场需求持续扩大。国内企业在超快激光器领域也取得了显著进步,不仅掌握了皮秒、飞秒级激光器的核心技术,还在高功率、窄脉宽、短波长等方向上不断突破。这些技术创新为超快激光器在精密加工、微纳制造等领域的应用提供了有力支撑。
一、定义及分类
超快激光器是指输出激光的脉冲宽度在皮秒(10⁻¹²秒)级别或小于皮秒级别的脉冲激光器。这种激光器能够产生极短的脉冲,通常通过锁模技术实现。超快激光器的脉冲宽度非常短,其峰值功率高,时间分辨率极高。按脉冲宽度分类,超快激光器可以分为皮秒激光器和飞秒激光器。
二、行业政策
近年来,中国超快激光器行业在政策的推动下得到了快速发展。国家和地方政府出台了一系列政策,旨在促进超快激光技术的创新和产业化应用。2024年1月,工业和信息化部等八部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,提出发展智能制造、生物制造、纳米制造、激光制造、循环制造,突破智能控制、智能传感、模拟仿真等关键核心技术,推广柔性制造、共享制造等模式,推动工业互联网、工业元宇宙等发展。在国内政策的支持之下,促进超快激光器行业的高质量发展。
三、发展历程
中国超快激光器行业发展主要经历了四个阶段。1960年至1979年的萌芽期,1960年,中科院长春光学精密机械研究所研制出中国第一台红宝石激光器;1961年,调Q技术在红宝石激光器上首次实现脉冲宽度为几十纳秒的短激光脉冲输出,激光脉冲的脉宽甚至被缩短到10纳秒;1964年发展的相位锁定技术,将激光器各自独立振荡的多纵模型形成时间有序,锁模技术首次在氦氖激光器上实现主动锁模的纳秒级激光脉冲输出;1966年,在铷玻璃激光器上首次实现皮秒级的激光脉冲输出;1976年,在宽带可调染料激光介质体系运用可饱和染料吸收体首次实现亚皮秒的超短激光脉冲输出。
1980年至2002年的启动期,1985年,CPA(啁啾)技术的发明,使脉冲激光器突破脉冲峰值功率的瓶颈,脉冲激光真正进入超快激光的时代,也是目前超快激光器中应用最多的技术;1995年,德国汉诺威激光中心发现超快激光器在微加工应用的潜力。
2003年至2019年的高速发展期,2003年,以皮秒和飞秒激光器为代表的超快激光开始技术应用;2012年前后,中国逐渐有较多的超快激光器相关科研成果以及产业化推进。吉林大学、清华大学、西安交通大学、中科院物理所/光机所等大力推进超快激光发展;2017年后,中国超快激光器逐渐喷涌式发展,大族、华日、安扬、虹拓、卓镭、贝林、国神、英诺、华快等主要企业大力推进技术产业化。
2020年至今的成熟期,2020年超快激光器迎来真正意义的爆发,全年出货量达到2300台(包含国内外品牌),增长近一倍。
四、行业壁垒
1、技术壁垒
超快激光器行业具有较高的技术门槛,主要体现在以下几个方面:1、核心部件依赖进口。超快激光器的核心部件,如泵浦源、激光脉冲调制器件等,技术难度高,长期以来依赖进口。这不仅限制了国内超快激光器的性能提升,还增加了生产成本。2、高精度制造技术。超快激光器需要高精度的制造工艺,包括光学元件的加工、激光腔体的设计等。这些技术需要长期的研发投入和工艺积累,国内企业在这一领域与国际先进水平仍有差距。3、系统集成能力。超快激光器的应用不仅需要单个设备的高性能,还需要强大的系统集成能力,以满足不同应用场景的需求。这要求企业在光学、电子、机械等多个领域具备综合技术能力。
2、品牌与市场壁垒
国内品牌在市场推广和客户信任度方面面临较大挑战。尽管国产超快激光器的市场份额在逐步提升,但进口产品仍占据高端市场的主导地位。同时,超快激光器的客户主要集中在高端制造、科研等领域,这些客户对设备的稳定性和可靠性要求极高,一旦选择了某个品牌,往往会长期合作,形成较高的客户粘性。
3、人才壁垒
超快激光器的研发和生产需要光学、物理、电子、机械等多学科背景的专业人才。国内相关专业人才相对稀缺,培养周期长,企业面临较大的人才缺口。而由于行业前景广阔,国内外企业对高端人才的竞争激烈。国内企业不仅需要与国际企业竞争,还要面对国内同行的人才争夺,增加了人才获取和保留的难度。人才的不足直接导致企业在研发和创新能力上的不足,难以快速响应市场需求,推出具有竞争力的新产品。
五、产业链
1、行业产业链分析
超快激光器行业产业链上游主要包括光学元器件、电子元器件、泵浦源和激光晶体等。产业链中游为超快激光器制造环节。产业链下游为应用领域,包括光伏能源中电池制造、医疗美容、消费电子、航天航空等领域。


















2、行业领先企业分析
(1)英诺激光科技股份有限公司
英诺激光科技股份有限公司成立于2011年,是国家高新技术企业,总部位于深圳市南山区。公司专注于微加工领域激光器的研发、生产、销售及以激光模组形式为客户提供定制化微加工解决方案。2022年推出,公司拥有衍射极限的光束质量,极窄的光谱线宽,性能指标达到国际领先水平,主要应用于28nm及以下节点的晶圆缺陷检测,率先打破国外在深紫外激光领域的垄断。英诺激光牵头的“高功率薄片超快激光器关键技术与产业化”项目于2024年7月正式启动。该激光器具有大能量、窄脉宽、高重复频率、高峰值功率和高平均功率等优势,适用于航空航天、半导体、新型显示、新能源、汽车、碳纤维、机器人、生物医疗、科学研究等多领域的高端加工场景。2024年前三季度,英诺激光营业收入为2.90亿元,同比增长29.94%;归母净利润为86.13万元,同比下降113.74%。
(2)大族激光科技产业集团股份有限公司
大族激光科技产业集团股份有限公司成立于1996年,是中国激光设备制造领域的龙头企业之一,总部位于深圳。公司致力于激光设备的研发、生产和销售,产品广泛应用于工业制造、科研、医疗等多个领域。大族激光在超快激光器领域保持全球领先水平,成功研发了SINCERITY诚镱系列薄片超快激光器。该产品基于再生放大技术的掺镱晶体薄片超快激光器,具有高平均功率、高脉冲能量、超短脉宽等优异性能,打破了进口薄片激光器的垄断局面。大族激光的超快激光器产品广泛应用于半导体晶圆加工、太阳能电池划片、新能源电池极片切割等众多智能制造领域。其产品线还包括紫外及超快激光器、高功率光纤激光器等关键器件,为信息产业设备、新能源设备等领域提供专业解决方案。大族激光的SINCERITY诚镱系列薄片超快激光器荣获了“2024年激光金耀奖”新产品奖等多项荣誉,充分展示了其在超快激光器领域的技术实力和市场认可度。2024年前三季度,大族激光营业收入为101.29亿元,同比增长7.90%;归母净利润为14.26亿元,同比增长124.21%。
六、行业现状
当前,中国超快激光器行业正处于快速发展阶段,展现出强劲的增长势头。2024年,中国超快激光器行业市场规模为42.58亿元,同比增长5.92%。随着制造业的转型升级和高端制造需求的不断提升,超快激光器作为关键加工工具,其市场需求持续扩大。国内企业在超快激光器领域也取得了显著进步,不仅掌握了皮秒、飞秒级激光器的核心技术,还在高功率、窄脉宽、短波长等方向上不断突破。这些技术创新为超快激光器在精密加工、微纳制造等领域的应用提供了有力支撑。
七、发展因素
1、机遇
(1)政策支持与产业升级
近年来,中国政府高度重视激光产业的发展,出台了一系列政策支持文件,如《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,明确提出要发展激光制造等未来产业。这为超快激光器行业提供了强有力的政策保障和资金支持,有助于推动行业的技术创新和产业升级。
(2)市场需求增长
随着制造业升级和高精密微加工需求的增加,超快激光器的应用领域不断拓展。在半导体、显示器制造和玻璃加工等领域,超快激光器凭借其高精度、高效率的特点,逐渐成为不可或缺的加工工具。随着国内企业在高功率超快激光器技术上的突破,未来有望进一步扩大市场份额。
(3)国产替代加速
近年来,国内超快激光器企业在技术研发和产品性能上取得了显著进步,国产替代进程加速。2024年,凯普林超快激光器销售额较前一年翻番,其50W和100W级产品已能替代大部分进口产品。国产超快激光器在光伏电池、动力电池加工等领域的应用,不仅降低了客户成本,还推动了国产激光设备在半导体、新能源等高端领域的应用。未来,随着国产超快激光器技术的不断进步,其在高端市场的份额有望进一步提升。
2、挑战
(1)核心技术突破难
尽管国内企业在超快激光器的低功率产品上取得了一定进展,但在高功率、高精度等高端产品上仍面临技术瓶颈。国外企业在这些领域具有明显优势,国内企业需要加大研发投入,突破技术瓶颈。同时,超快激光器的核心部件如泵浦源、激光脉冲调制器件等,技术难度高,国产化进程缓慢。这不仅限制了国内超快激光器的性能提升,还增加了生产成本。
(2)市场竞争激烈
国际品牌在超快激光器市场占据主导地位,具有较高的品牌知名度和市场份额。国内企业在市场推广和客户信任度方面面临较大挑战,需要在产品质量、性能和服务上不断提升,以赢得市场份额。随着国内超快激光器市场的快速发展,越来越多的企业进入这一领域,市场竞争日益激烈。企业需要在技术研发、产品质量、市场推广等方面不断提升竞争力。
(3)应用拓展受限
尽管超快激光器在微加工领域有广泛应用,但在高端应用领域如半导体、航空航天等,国内超快激光器的应用仍受到限制。这些领域对设备的性能和可靠性要求极高,国内产品在这些领域尚未得到充分验证。此外,超快激光器的应用领域拓展需要与下游行业的技术升级和需求变化紧密结合。企业在拓展应用领域时,需要深入了解不同行业的需求,开发出适合不同应用场景的产品。
八、竞争格局
全球激光工业强国的激光产业起步较早,并且注重应用技术的开发,发展速度较快。先进的激光技术和广阔的应用市场使得相关激光企业保持较强的竞争实力。整体来看,中国超快激光器行业第一梯队公司有IPG光电、德国通快、美国相干、美国光谱物理等为代表的外资企业;第二梯队公司为英诺激光、大族激光、德龙激光、锐科激光等中国代表厂商;第三梯队有虹拓激光、华日激光、贝林激光、安扬激光、国神光电、华快光子等。
九、发展趋势
1、高功率化与高精度化
随着工业制造、航空航天、军事国防等领域的快速发展,对激光器的功率和精度要求越来越高。未来,超快激光器将向高功率、窄脉宽、短波长方向发展。高功率化能够提供更强的激光能量,满足切割、焊接、打孔等重工业加工需求,提高生产效率和加工质量。同时,高精度化将使超快激光器在微纳加工、半导体制造等高端领域发挥更大的作用。
2、核心部件国产化
目前,超快激光器的核心部件如泵浦源、激光脉冲调制器件等仍依赖进口,这不仅限制了国内超快激光器的性能提升,还增加了生产成本。未来,随着国内企业在核心部件研发和生产上的不断投入,核心部件的国产化率将逐步提高。这不仅有助于降低超快激光器的生产成本,还能提高产品的稳定性和可靠性,增强国内企业在国际市场上的竞争力。
3、应用领域拓展
超快激光器的应用领域将不断拓展,从传统的工业加工领域向医疗、科研、新能源等高端领域延伸。在医疗领域,超快激光器可用于激光手术、激光成像等,提供更精准的治疗手段。在新能源领域,超快激光器可用于光伏电池、动力电池的加工,提高生产效率和产品质量。此外,超快激光器在航空航天、半导体制造等领域的应用也将进一步深化,推动相关产业的技术升级。
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超快激光器是一种基于SESAM、克尔透镜等锁模技术,脉冲宽度在ps甚至fs量级的激光器。超快激光器的原理是基于放大级锁模技术,通过在放大器中利用种子脉冲进行放大,得到高功率的超短脉冲激光。其中锁模技术是关键,其可以保证激光器的脉冲宽度达到极短的时间尺度。根据输出激光的脉宽不同,超快激光器又可分为皮秒激光器、飞秒激光器等。此外由于纳秒激光器产品特性与超快激光器相对接近,因此在实践中,部分激光器制造商也会将其纳入超快激光器产品线中。