2022年半导体激光器行业发展现状及未来前景分析.docx

2022年半导体激光器行业发展现状及未来前景分析1、全球激光器行业稳步增长，供应链具有持续成长空间全球激光器行业有望持续受益于下游激光设备规模增长，材料加工与光刻仍是最大应用领域，仪表与传感器行业规模增速可观，随着高功率半导体激光元器件国产替代进程加快，国产厂商迎来发展良机。激光设备对于推动我国经济转型升级具有不可替代的作用，市场需求广阔。作为激光设备必不可少的激光元器件，激光器行业将持续受益。据LaserFocusWorld数据，2015年至2020年，全球激光器销售收入由97.1亿美元增长至160.1亿美元，CAGR为10.52%。预计2021年该市场规模将达到184.8亿美元，同比增长率约为15%。当前，我国低、中功率激光核心元器件已基本完成国产替代，高功率半导体激光器核心元器件国产替代未来可期。国内激光厂商已掌握大部分器件制造技术，但部分核心器件如高功率半导体激光芯片等仍依赖进口。而国外激光器龙头企业，例如美国相干公司、美国IPG光电、美国nLight和法国Lumibird等，则依靠全产业链整合实现产品低成本、高性能及高稳定性。根据LaserFocusWorld数据，2019年全球激光器应用领域中，材料加工与光刻是全球激光主要应用市场，占比40.94%；其余应用领域中，仪表和传感器行业内激光器市场规模增速较快，由2016年6.15亿美元增至14.41亿美元，CAGR约为23.72%，较其他行业领先。近年来，随着激光雷达、3D传感、生物医学仪器等细分行业的快速发展，仪表和传感器市场规模有望进一步扩大，从而拉动激光器元器件及相关光学应用模组与解决方案的市场需求增长。图：全球激光器销售收入保持持续稳健增长2、激光器是激光产品最核心部件激光器是激光产品最核心部件，直接决定激光设备的性能。激光起源于20世纪60年代初期，是指窄幅频率的光伏射线通过受激反馈共振与辐射放大，产生的准直、单色、相干的定向光束，被誉为“最准的尺”、“最快的刀”，被广泛应用在焊接、切割、光纤通信、测距、唱片、美容等领域。产生激光的激光器由大量的光学材料和元器件组成，居于整个产业链的中枢位置，通常由光学系统、电源系统、控制系统和机械机构四个部分组成。其中光学系统主要由泵浦源、增益介质和谐振腔等元器件组成。光子通过吸收了泵浦源能量的增益介质产生，在光学谐振腔内不断反射，往复运动，从而不断放大，最终通过反射镜射出激光，形成激光束。因此激光器的性能往往直接决定激光设备输出光束的质量和功率，是下游激光设备的核心部件。3、半导体激光器优势显著，光学整形后进一步打开应用空间半导体激光器光束质量有所不足，但光电转换效率等方面优势显著，经过光学整形后有望弥补短板，在更多领域实现应用。激光器按照增益介质（工作物质）可分为：（1）液体激光和气体激光，该方式效率低下并且需要频繁维护，目前只用于小众场景；（2）自由电子激光器，主要依靠加速器产生的高品质电子书与NS交替排列的磁铁阵列——波荡器相互作用来产生具备激光品质的高功率相干辐射。目前技术发展不充分，难以广泛使用；（3）固体激光器，主要以晶体或玻璃光纤作为工作物质，以灯（少部分使用）或半导体激光器作为泵浦源；（4）半导体激光器是以半导体材料作为激光介质，以电流注入激光二极管来产生激光作为泵浦源。这其中，固体激光器尤其是光纤激光器具有光束质量好、能量密度高、使用方便等优势，目前广泛应用于雕刻、切割、钻孔等领域。而半导体激光器具有光电转换效率高、体积小、寿命长、可靠性高、工业化程度高、成本低等诸多优点，但由于半导体激光器直接产生的光束质量较差，所以应用的领域受限，通常作为泵浦源出现在固态激光器中。然而在实际应用中，一些场景并不需要高光束质量的激光，只要满足特定应用所要求的光斑形状、功率密度和光强分布即可。而激光光学产品恰好可以起到这一作用，经过激光光学产品的整形，低光束质量的半导体激光也可以在焊接、退火、激光雷达等领域应用，完美弥补半导体激光器的不足，发挥该技术路线的优势。未来半导体激光器在激光光学元件搭配下将拥有越来越多的应用场景。4、激光光学产品给激光装上翅膀，其生产工艺和对光路理解尤为重要激光光学产品是激光的“加工器”，生产工艺和光路理解对制备激光光学器件来说是最重要的环节。激光的整形常用到的激光光学元器件包含微透镜阵列、光束准直器等，其能够帮助调整激光的光场强度分布、光斑形状和功率密度，进而让半导体激光器发出的激光取得最好的应用效果和应用价值。以微透镜阵列为例，其表面由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成阵列，最小功能单元也是球面镜、非球面镜、柱镜、棱镜等，能在微光学角度实现聚焦、成像、光束变换等功能，由于单元尺寸小，集成精度高，可以完成很多传统光学元件无法完成的功能。微透镜阵列可分为折射型（ROE）和衍射型（DOE）两类，