2020年全球及中國超快激光器市場發展戰略可行性及優勢企業研究預測
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光從組成物質的原子中發射出來,原子獲得能量后處于不穩定狀態(也就是激發狀態),它會以光子的形式把能量發射出去。激光是一種純色、準直、高亮、同向、能量密度高的光子隊列,常常被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。激光的應用很廣泛,主要有激光打標、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光光譜、激光測距等等。
在工業上,通常將激光分成連續波、準連續、短脈沖、超短脈沖四類。連續波以多模連續光纖激光器為代表,占據了當前工業市場的大部分份額。準連續波又稱長脈沖,可產生ms~μs量級的脈沖,占空比為10%,這使得脈沖光具有比連續光高十倍以上的峰值功率。短脈沖指的是ns量級的脈沖,廣泛的應用于激光標刻、鉆孔、醫療、激光測距、二次諧波的產生、軍事等領域。超短脈沖則是我們所說的超快激光,包括達到ps、fs量級的脈沖激光。
激光器一般包括三個部分,工作介質,激勵源和諧振腔。泵浦源為激光器的光源,激光的產生必須選擇合適的工作介質,可以是氣體、液體、固體或半導體,在這種介質中可以實現粒子數反轉,以制造獲得激光的必要條件。諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向,從而使激光具有良好的方向性和相干性。
產業現狀:近年來,中國傳統制造業正面臨深度轉型和升級。在“智能制造2025”戰略驅動下,附加值更高的高端精密加工市場需求大幅增長。隨著這一轉變,激光技術在消費電子、新型顯示、激光內雕、生物醫療等領域獲得了越來越多的應用,這些新的需求對激光加工精細度的要求變得更加苛刻。在強大的市場需求力刺激下,超快激光技術不斷取得新的突破,并迅速成為行業重點關注的發展方向。
據中金企信國際咨詢公布的《2020-2026年中國超快激光器市場競爭策略及投資可行性研究報告》統計數據顯示:全球工業激光器收入從2012年的23.4億美元增加至2017年的46.8億美元,近三年的市場規模增長率分別為10.6%、24.2%和28.6%。其中超快脈沖激光器占比約為24%,預計2020年,全球超快脈沖激光器市場規模有望突破15億美元。
2012-2017年全球激光器市場規模現狀分析
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數據統計:中金企信國際咨詢
中國的超快激光器產業化起步較晚,目前市場多以外國激光器為主,如美國IPG、相干、光譜物理(MKS旗下)、德國通快、丹麥NKT光子等。但隨著超快激光市場需求的擴大,國內激光技術的不斷突破與成熟,國內也有許多激光企業在超快激光市場取得了一定成績。
企業分布:中國的激光產業在地域上呈現出很強的集聚性,目前已經形成華中、珠三角、長三角、環渤海四大激光產業帶。其中:
(1)華中激光產業帶:以武漢光谷為代表的華中激光產業帶產品最為全面。武漢光谷是國內一大極具規模的光電產業集群中心,集聚了國內超過200家知名激光企業,擁有完整激光產業鏈,集中了國內激光領域眾多專家和技術人才,在激光相關技術上占據國內領先地位。其優勢代表企業有華日激光、安揚激光、虹拓新技術等。
(2)珠三角激光產業帶:珠三角地區是中國激光行業的另一大集聚中心,相關產業主要分布深圳、廣州、東莞、佛山這幾大城市,重心在深圳。在市場化運作方面,深圳有著華中區域難以匹敵的優勢,2014年深圳的激光產業產值已經超過武漢,成為了激光產業產值第一城市,珠三角地區的激光產業出口額占到全國激光產品出口的三成以上。其優勢代表企業有大族激光、英諾激光、華快光子、瀚盈激光等。
(3)長三角激光產業帶:長三角區域是我國激光產業主要聚集帶之一,激光產業鏈已經完善,長三角激光產業主要分布在上海、南京、溫州、蘇州、寧波等地,擁有眾多激光元器件、激光器以及激光應用設備制造廠家。其優勢代表企業有貝林激光、諾派激光、國神光電、郎研光電等。
(4)環渤海激光產業帶:環渤海區域的激光產業技術研發實力較強,以北京為代表的市場聚集了大批IT、通信行業相關企業,對激光產品的需求旺盛。蓬勃的市場需求,帶動了這一區域激光產業的發展。總體而言,環渤海區域的激光企業主要集中在北京,天津,沈陽,大連等城市。其代表企業有:卓鐳激光、國科激光、天津凱普林、鹽城物科光電等。
產業前景:當前超快激光已走出實驗室,逐步走向各個行業的實際應用,雖然當前超快激光價格較高,但隨著技術的發展和成本的降低,超快激光在未來將會在多個行業廣泛應用。國內外超快激光龍頭已經率先將超快激光運用于相關產業,并且取得了良好的效果
超快激光在真正意義上實現了冷加工,在精密加工方面有顯著優勢,隨著超快激光器的生產工藝逐漸成熟,成本逐漸下降,未來有望廣泛的應用于醫療生物、航空航天、消費電子、照明顯示、能源環境、精密機械等下游行業。
(1)“冷”加工優勢使得超快激光在多個領域獨占鰲頭:超快激光以其獨特的超短持續時間和超強峰值功率正在打破以往傳統的激光加工方法,開創了材料超精細、低損傷和空間3D加工和處理的新領域,該技術已在精密加工、消費電子、醫學美容、航空航天、光伏能源等多個領域得到非常廣泛應用。
(2)超快激光在多種材料的微細加工方面的應用:
超快激光憑借其獨特的“冷”加工優勢,在多種材料的微細加工,包括、鉆孔、切割、表面處理和3D結構制作方面表現出色。例如對于一般金屬如鋼、銅、鋁等來說,由于具有很高的熱導性和較低的熔點溫度,在其表面實現高精度和高質量的鉆空有很大的困難。而對于超快激光,由于脈沖持續時間只有飛秒量級,遠小于材料中受激電子通過轉移'轉化等形式的能量釋放時間,從根本上避免了熱擴散的存在和影響。
(3)超快激光在消費電子領域的應用:全球消費電子產業發展迅速,消費電子產品朝著高集成化、高精密化方向升級,其產品內構件越來越小巧,精密度、電子集成度越來越高。在產品研發中,更輕、更薄、更便攜是設計師的追求目標,由此帶來了新材料、新工藝的不斷進步。消費電子行業中廣泛應用的柔性材料、硬脆透明材料等,使加工變得日益高、精、尖、難。而超快激光技術的發展為消費電子行業的精密加工帶來了更好的解決方案。
(4)超快激光在醫療美容領域的應用:超快激光在醫療領域的應用也日益廣泛,包括我們熟知的飛秒激光近視治療,也包括高精尖的心臟支架加工。心臟支架的制造方式包含“由大做小”的激光切割、等離子切割、電火花加工、光蝕刻,或是“由小做大”的編織、鑄造、電鑄、3D打印等。其中,由于激光切割的支架質量好,自動化程度高,且成本較低,激光切割已成為支架制作的主流方式。在醫療美容方面,超快激光主要是應用于祛痣祛斑祛黑色素、祛紋身、嫩膚等領域。
(5)超快激光在航空航天領域的應用:航空領域,西安光學精密機械研究所率先利用超快激光極端制造技術攻克了新型超高溫單晶材料和高精度復雜微結構制造難題,實現了對高壓渦輪葉片氣膜孔的“超精細冷加工”,解決了現有電火花、長脈沖激光加工工藝存在重鑄層、微裂紋、再結晶等缺陷的問題,完成了國產發動機多型號、多批次高壓渦輪單晶葉片的氣膜孔加工及驗證,為國產大飛機發動機換上“中國心”打下堅實基礎。除此以外,超快激光還應用于航空濾網清洗,引擎噴油嘴打孔等方向。
(6)超快激光在光伏能源領域的應用:超快激光憑借其獨特優勢,在光伏能源領域應用也取得了一定的成果。鈣鈦礦薄膜太陽能電池制造是光伏產業新的發展方向,具有取代現有晶硅太陽能電池產業的潛力。在鈣鈦礦薄膜太陽能電池的精密加工過程中,超快激光加工起著至關重要的作用。
(7)超快激光在精密檢測領域的應用:太赫茲(Terahertz,THz)輻射是對位于某一個特定頻段電磁輻射的統稱,對應的頻率在0.1~10THz(1THz=1012Hz)。基于太赫茲波自身特點,其對目前應用較多的復合材料有著良好的透過性及成像效果,所以太赫茲波可以在無損檢測領域發揮獨特優勢。目前最常用的太赫茲產生及檢測手段是太赫茲時域光譜(THz-TDS)系統,其由飛秒激光器、太赫茲源、太赫茲探測器及延遲線組成。
系統利用飛秒激光脈沖產生太赫茲脈沖,并探測被測樣品的透射波或反射波,然后通過傅里葉變換獲取探測信號的頻譜,進而對測量樣品進行鑒定。
?總之,我國民用超快激光器在全世界范圍內發展較快,己渡過萌芽期、成長期,進入技術成熟期。北京、湖北和上海是目前中國超快激光器研制和發展的先進地區,湖北工業大學、中科院半導體研究所和溫州大學技術暫時領先,但中國超快激光器的發展也存在過分集中在光學諧振器、部件的結構和形狀研究,以及在利用激光束加工方面創新不足等問題。