▌光纖激光器工作原理及主要應(yīng)用
光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，屬于固體激光器的一種，但因增益介質(zhì)形狀特殊且具有典型的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，行業(yè)中一般將其與其他固體激光器分開進(jìn)行研究。
典型的光纖激光器主要由光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)四個(gè)部分組成。
其中，光學(xué)系統(tǒng)由泵浦源、增益光纖、光纖光柵、信號(hào)/泵浦合束器及激光傳輸光纜等光學(xué)器件材料通過熔接形成全光纖激光器，并在電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和監(jiān)控下實(shí)現(xiàn)激光輸出。
同時(shí)，光纖激光器根據(jù)功率大小的不同采用不同的冷卻方式，通常情況下，功率低于200W時(shí)采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，功率大于200W時(shí)采用循環(huán)水制冷，以保證激光器在工業(yè)環(huán)境條件下可靠穩(wěn)定運(yùn)行。
光纖激光器為光纖激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的核心部分，與下游需求聯(lián)系緊密。
加工產(chǎn)業(yè)鏈上游為光纖激光器及光學(xué)元器件、電學(xué)材料、數(shù)控系統(tǒng)等輔助器件，中游為激光系統(tǒng)集成設(shè)備，下游是激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)等激光應(yīng)用領(lǐng)域，其中光纖激光器是光纖激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的核心部分。
光纖激光器行業(yè)的下游行業(yè)主要是激光設(shè)備集成商。
本行業(yè)與下游行業(yè)的關(guān)聯(lián)度較高，下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展進(jìn)一步增加光纖激光器的市場(chǎng)需求，極大提升光纖激光器行業(yè)的市場(chǎng)空間和技術(shù)水平。
宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化將對(duì)激光加工產(chǎn)業(yè)等制造行業(yè)帶來一定的影響，進(jìn)而造成對(duì)光纖激光器產(chǎn)品需求的波動(dòng)，影響公司的發(fā)展和盈利能力。
光纖激光器種類較多，根據(jù)其激光波長(zhǎng)、工作模式等的不同可有多種不同的分類方式。
根據(jù)激光波長(zhǎng)分類，常見的激光器有紫外激光器(波長(zhǎng)范圍為380nm-10nm)、紅外激光器(波長(zhǎng)范圍為10um-760um)、可見光激光器(波長(zhǎng)范圍為760nm-380nm)等。
不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長(zhǎng)范圍不同，并且波長(zhǎng)越短，材料對(duì)激光的吸收率越高，穿透能力越強(qiáng)，例如由于金屬對(duì)于近紅外光吸收率較高，所以近紅外激光器比較適用于金屬材料加工。
根據(jù)工作模式分類，光纖激光器的具體工作模式劃分包括脈沖寬度、功率和運(yùn)轉(zhuǎn)方式三大指標(biāo)。
1) 根據(jù)脈沖寬度的不同，可以分為毫秒(10−3秒)激光器、微秒(10−6秒)激光器、納秒(10−9秒)激光器、皮秒(10−12秒)激光器、飛秒(10−15秒)激光器。
2) 根據(jù)功率的不同，可以分為低功率激光器、中功率激光器、高功率激光器，低功率激光器指的是功率在100W以下的激光器，中功率激光器指的是功率在100W~1000W的激光器，高功率激光器指的是功率在1000W以上的激光器。
3) 根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)方式的不同，可以分為連續(xù)激光器、脈沖激光器。
與其他激光器相比，光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、體積小巧等優(yōu)勢(shì)。近年來，隨著光纖激光技術(shù)的發(fā)展和下游行業(yè)需求的增加，光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模保持快速增長(zhǎng)。
傳統(tǒng)制造、汽車生產(chǎn)、重工制造等行業(yè)正越來越多的使用光纖激光器;同時(shí)，醫(yī)療美容、通信和航空航天領(lǐng)域也開始使用光纖激光器。
材料加工是光纖激光器最大的應(yīng)用領(lǐng)域。
根據(jù)IndustrialLaserSolutions的研究報(bào)告，光纖激光器的用途可以為打標(biāo)、微材料加工、宏觀材料加工三大類。
其中，微材料加工包括了除打標(biāo)以外，所有輸出功率小于1,000W的激光器應(yīng)用;宏觀材料加工包括了所有輸出功率大于等于1,000W的激光器應(yīng)用，主要為金屬切割和焊接。
近年來，光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模保持增長(zhǎng)，其中，用于宏觀材料加工的激光器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)迅速，從2013年的5.12億美元增加至2017年的12.68億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為25.42%;
用于打標(biāo)的光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模從2013年2.01億美元增長(zhǎng)至2017年的3.26億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為12.85%;
用于微材料加工的光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模從2013年的1.27億美元增加至2017年的4.44億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為36.69%。
▌市場(chǎng)空間:全球光纖激光器2020年市場(chǎng)規(guī)模近200億
激光技術(shù)可廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域，已成為多國(guó)政府重點(diǎn)扶持并由科研院所和企業(yè)共同主導(dǎo)的國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。
光纖激光器屬于新一代固體激光器的一種，具有光電轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光束質(zhì)量好等特點(diǎn)，目前已成為激光技術(shù)發(fā)展主流方向和激光產(chǎn)業(yè)應(yīng)用主力軍。
制造業(yè)升級(jí)帶動(dòng)行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)。
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家最先開始使用激光器，隨著全球制造業(yè)向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，亞太地區(qū)激光行業(yè)市場(chǎng)份額迅速增長(zhǎng)。
展中國(guó)家在制造業(yè)升級(jí)過程中，逐步使用激光設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備，對(duì)激光器的需求旺盛，系目前全球激光行業(yè)市場(chǎng)最主要的驅(qū)動(dòng)力之一。
根據(jù)美國(guó)StrategiesUnlimited的報(bào)告，2013-2017年，全球激光器行業(yè)收入規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，從2013年的89.70億美元增加至2017年的124.30億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.50%。
隨著大功率激光器技術(shù)突破和增材制造技術(shù)的成熟，預(yù)計(jì)未來激光器行業(yè)將持續(xù)快速增長(zhǎng)。其中，全球工業(yè)激光器收入從2013年的24.87億美元增加至2017年的43.14億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為14.76%。
2015-17年，工業(yè)激光器市場(chǎng)規(guī)模增速分別為8.93%、19.36%和26.10%，呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢(shì)。
光纖激光器市場(chǎng)份額逐年提升，成為市場(chǎng)份額最大的工業(yè)激光器。
以工作物質(zhì)分類，工業(yè)激光器可以分為光纖激光器、CO2激光器、固體激光器和其他激光器，其中，光纖激光器在材料加工領(lǐng)域占比最高。
2014-2017年全球光纖激光器占工業(yè)激光器比重逐漸提高，2017年，全球光纖激光器銷售額為20.39億美元，占工業(yè)激光器銷售額的47.26%。
光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模的快速增長(zhǎng)系工業(yè)激光器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的主要原因。
全球光纖激光器2013-2017年CAGR達(dá)24.78%，行業(yè)高速成長(zhǎng)。
根據(jù)LaserMarketsResearch/StrategiesUnlimited的報(bào)告，全球光纖激光器收入從2013年的8.41億美元，增加至2017年的20.39億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為24.78%，保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
全球光纖激光器2020年市場(chǎng)規(guī)模近200億元。根據(jù)Technavio的預(yù)測(cè)，全球光纖激光器的銷售額將由2018年的19.81億美元增加到2021年的28.85億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為13.35%。
中國(guó)已成光纖激光器最大消費(fèi)市場(chǎng)，發(fā)展迅速。
中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)起步較晚，但隨著中國(guó)裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來，中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)獲得了飛速的發(fā)展。
中國(guó)是活躍的制造業(yè)市場(chǎng)及工業(yè)激光設(shè)備的主要市場(chǎng)，受宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展、制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、國(guó)家政策支持等因素影響，中國(guó)工業(yè)激光產(chǎn)業(yè)成為受高度關(guān)注的產(chǎn)業(yè)之一，市場(chǎng)發(fā)展迅速。
2015年，中國(guó)取代歐洲，首次成為激光器最大的消費(fèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至28億美元左右，約占全球市場(chǎng)規(guī)模的29%。
▌市場(chǎng)格局:IPG一家獨(dú)大，銳科激光國(guó)內(nèi)領(lǐng)先
亞太地區(qū)為全球最主要的光纖激光器市場(chǎng)。
由于亞太地區(qū)集聚了全球重要的汽車業(yè)、傳統(tǒng)制造業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)，對(duì)光纖激光器需求非常旺盛;2016年，亞太地區(qū)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模占全球42.9%的市場(chǎng)份額。
歐洲為全球第二大光纖激光器市場(chǎng)，2016年歐洲地區(qū)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模占全球33.2%的市場(chǎng)份額。此外，北美洲占22.6%的市場(chǎng)份額。根據(jù)《2018中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》估算，2017年中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模占全球市場(chǎng)份額已超過50%。
全球IPG一家獨(dú)大，占據(jù)約60%市場(chǎng)份額。光纖激光器的市場(chǎng)具有較高的技術(shù)壁壘，海外主要光纖激光器企有IPG、Coherent、Trumpf、nLight等，其中IPG公司為全球最大的光纖激光器生產(chǎn)企業(yè)。
2017年IPG公司營(yíng)業(yè)收入14.09億美元，同比增長(zhǎng)40.06%，其光纖激光器業(yè)務(wù)收入約占全球銷售收入的60%。國(guó)內(nèi)主要光纖激光器企業(yè)有銳科激光、創(chuàng)鑫激光、杰普特等，其中，銳科激光是國(guó)內(nèi)光纖激光器龍頭企業(yè)，全球市場(chǎng)份額約為7%。
政策頻出推動(dòng)光纖激光器國(guó)產(chǎn)替代。
激光智能制造是21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展與應(yīng)用成為衡量一個(gè)國(guó)家高科技發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。為支持我國(guó)光纖激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國(guó)出臺(tái)了一些產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)行扶持，包括科技投入、金融支持、稅收優(yōu)惠等。
國(guó)內(nèi)、外企業(yè)分別在低、高功率激光器市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。
目前，我國(guó)光纖激光器行業(yè)處于快速成長(zhǎng)階段，普通低功率光纖激光器技術(shù)門檻較低，國(guó)產(chǎn)低功率光纖激光器的市場(chǎng)占有率已超過97%;中功率光纖激光器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化率快速提升，國(guó)內(nèi)企業(yè)市場(chǎng)份額已經(jīng)從2013年的17%提升至2017年的54%;
高功率光纖激光器由于其技術(shù)門檻較高，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)主要圍繞創(chuàng)新能力、研發(fā)實(shí)力、核心材料和器件產(chǎn)業(yè)鏈整合能力展開，目前該市場(chǎng)仍以歐美知名光纖激光器企業(yè)為主導(dǎo)，產(chǎn)品價(jià)格和附加值相對(duì)較高，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)部分銷售，國(guó)內(nèi)企業(yè)市場(chǎng)份額從2013年的1%提升至2017年的9%。國(guó)產(chǎn)光纖激光器在逐步實(shí)現(xiàn)由依賴進(jìn)口向自研、替代進(jìn)口到出口的轉(zhuǎn)變。
