激光20世紀(jì)四項(xiàng)重大發(fā)明之一。1960年T.H.梅曼博士發(fā)明世界上第一臺(tái)紅寶石激光器揭開了激光登錄歷史舞臺(tái)的序幕，所謂激光（Laser）是指通過受激輻射擴(kuò)大的光，激光器則是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。激光與原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)共同被視為20世紀(jì)的現(xiàn)代四項(xiàng)重大發(fā)明，稱為"最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”，其主要優(yōu)點(diǎn)如方向性強(qiáng)、單色性好、高亮度和高時(shí)空相干性，一度引起了科學(xué)家們特別是軍事家們廣泛關(guān)注，目前已廣泛應(yīng)用于各大民用和軍用領(lǐng)域，對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展起重要作用。
激光技術(shù)作為一種新的科學(xué)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景?？焖佟⒕珳?zhǔn)是其最大的優(yōu)勢，激光不僅能夠在精密儀器上打標(biāo)，還可以對(duì)堅(jiān)硬材質(zhì)進(jìn)行快速的切割，對(duì)高熔點(diǎn)材質(zhì)進(jìn)行焊接。激光機(jī)在現(xiàn)代的工業(yè)事業(yè)上功不可沒，并有望成為未來產(chǎn)業(yè)變革核心推動(dòng)力量。
激光行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
激光器工作原理
激光器指激光的發(fā)生裝置，各種激光器的基本工作原理基本類似，以固體激光器為例，其主要由泵浦系統(tǒng)、增益介質(zhì)、聚光系統(tǒng)、光學(xué)諧振腔及冷卻與濾光系統(tǒng)等五個(gè)部分組成：由泵浦系統(tǒng)輻射的光能，經(jīng)過聚焦腔，使在固體增益介質(zhì)中的激活粒子能夠有效的吸收光能，讓增益介質(zhì)中形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，通過諧振腔，從而輸出激光。
泵浦系統(tǒng)：提供能量使增益物質(zhì)中上下能級(jí)間的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)。
增益物質(zhì)：產(chǎn)生受激輻射的物質(zhì)：激光晶體、半導(dǎo)體、二氧化碳、液體、半導(dǎo)體等等。
聚光系統(tǒng)：將泵浦源與增益物質(zhì)有效的耦合并決定激光物質(zhì)上泵浦光密度的分布，從而影響到輸出光束的均勻性、發(fā)散度和光學(xué)畸變。
光學(xué)諧振腔：由全反射鏡和部分反射鏡組成，提供光學(xué)正反饋維持激光持續(xù)振蕩以形成受激發(fā)射，同時(shí)限制振蕩光束的方向和頻率以保證輸出激光的高單色性和高定向性。
冷卻和濾光系統(tǒng)：對(duì)激光工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)和聚光腔進(jìn)行冷卻，保證激光器的正常使用和保護(hù)。
激光器分類及應(yīng)用
激光產(chǎn)業(yè)鏈的上游為激光晶體材料、特種光纖、光學(xué)鏡片、機(jī)械和數(shù)控組件，下游為打標(biāo)、切割、焊接等，而激光器的分類一般是從發(fā)射功率、增益介質(zhì)、工作模式、脈沖寬度和波段等維度劃分如下：
按照發(fā)射功率的不同，激光器可分為高功率激光器（平均功率大于1000w）、中功率（平均功率在100w-1000w）、低功率激光器（平均功率100w以下）；
按照增益介質(zhì)的不同，激光器可分為液體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器和固體激光器等（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)簡單、光束質(zhì)量好等特點(diǎn)）；
按照運(yùn)轉(zhuǎn)方式不同，激光器可分為連續(xù)激光器、脈沖激光器、可調(diào)諧激光器；
按照脈沖激光器的脈沖寬度不同，激光器又可以分為毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒激光器；
按顯示波段范圍不同，激光器可分為遠(yuǎn)、中、近紅外、可見和近紫外激光器。
不同激光器性能差異較大，從增益介質(zhì)看，光纖和半導(dǎo)體激光器是趨勢。從激光器應(yīng)用范圍看，根據(jù)增益介質(zhì)看，固體激光器、光纖激光器（實(shí)際為固體激光器一種，單獨(dú)拿出來作為區(qū)別）、半導(dǎo)體激光器應(yīng)用最廣泛：
固體激光器：如YAG晶體固態(tài)激光器，性價(jià)比最優(yōu)，主要在工業(yè)等中低端金屬等加工中價(jià)格優(yōu)勢明顯，但被光纖等取代趨勢；
光纖激光器：用特種玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光束能量密度高，轉(zhuǎn)換效率較高，不需水冷，但造價(jià)較高；
半導(dǎo)體激光器：一般采用電激勵(lì)，直接實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率最高，在光通信、精密加工等應(yīng)用為趨勢；
氣體激光器：工業(yè)領(lǐng)域中低端應(yīng)用，被光纖取代趨勢；非金屬和生物領(lǐng)域優(yōu)勢明顯；
液體激光器：主要用于有機(jī)染料做增益介質(zhì)，主要應(yīng)用科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)等細(xì)分領(lǐng)域；
自由電子激光器：可將高能電子束的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換成相干輻射能，目前正在探索中。
激光技術(shù)應(yīng)用廣泛，短期成本制約長期技術(shù)凸顯。激光被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”主要是具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的特性，因此激光在應(yīng)用到下游領(lǐng)域中，如下圖表中在打標(biāo)、切割、焊接、微加工、劃片、刻蝕、光刻等與傳統(tǒng)工藝相比具有效率高、速度快、精度高等優(yōu)勢，目前只是由于成本原因（如高功率激光成本高于中低30-50%）未得到充分普及。隨著下游電子終端智能創(chuàng)新（如OLED/LED）、半導(dǎo)體摩爾進(jìn)化(芯片14nm往0.5nm進(jìn)化)、汽車輕量化（脆性材料等需求）等對(duì)技術(shù)要求趨高下，激光加工取代假以時(shí)日。
激光行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域
應(yīng)用以工業(yè)應(yīng)用為主，全球激光器市場規(guī)模近800億元
應(yīng)用材料和通訊兩大主戰(zhàn)場。激光器目前主要應(yīng)用于通訊、材料加工、研發(fā)與軍事運(yùn)用、醫(yī)療美容等領(lǐng)域，根據(jù)Laser MarketsResearch/ Strategies Unlimited的數(shù)據(jù)：2017年全球激光器行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中材料加工相關(guān)的激光器收入51.66億美元，占全球激光器123億美元規(guī)模收入約42%，再一次超越通訊領(lǐng)域成為第一大激光器應(yīng)用領(lǐng)域（3%差距到8%差距）；研發(fā)與軍事運(yùn)用相關(guān)激光器收入9.22億美元，占全球激光器收入的7%；醫(yī)療美容相關(guān)激光器收入9.20億美元，占全球激光器的7%。
材料應(yīng)用中激光顯示、新能源和3D新領(lǐng)域需求旺盛。我們估測材料加工應(yīng)用增長過快主要來自于比如在智能手機(jī)全面屏等脆性材料加工切割、鋰電池等新能源的精密焊接、醫(yī)療器械和汽車輕量化新材料等大功率焊接以及3D打印增材等新技術(shù)需求明顯增多，接下來我們從各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域去剖析激光應(yīng)用情況。
2010-2017年全球激光產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用市場占比
應(yīng)用一：OLED等手機(jī)從“0到1”創(chuàng)新未來三年將帶來持續(xù)需求
智能手機(jī)等3C領(lǐng)域一直是中小功率激光加工的主要應(yīng)用。小功率設(shè)備在消費(fèi)電子的應(yīng)用最為廣泛，主要應(yīng)用于激光打標(biāo)、鉆孔、切割、焊接等。例如17年作為消費(fèi)電子行業(yè)標(biāo)桿的蘋果迎來創(chuàng)新大年，2.5D玻璃+金屬邊框+內(nèi)部中板的大變，安卓陣營快速追趕，帶來大量激光設(shè)備需求。同時(shí)，由于蘋果對(duì)精密制造要求提升，加上國產(chǎn)高端機(jī)升級(jí)潮流，消費(fèi)需求開始從基礎(chǔ)的功能性領(lǐng)域向高層次轉(zhuǎn)變，更加強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的性能、美感。廠商對(duì)手機(jī)產(chǎn)品品質(zhì)要求更高——產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，國產(chǎn)手機(jī)模仿蘋果新功能，激光需求將快速提升，供應(yīng)鏈全面追加升級(jí)激光及自動(dòng)化設(shè)備。
激光設(shè)備由于輸出的高能激光束可以聚焦到很小的尺寸，其激光打標(biāo)、激光焊接、激光切割、激光清洗等眾多工藝在智能手機(jī)等3C中得到較好的應(yīng)用：比如（1）手機(jī)LOGO、后蓋、PCB等激光打標(biāo)與雕刻；（2）對(duì)手機(jī)聽筒、音量孔及內(nèi)部組件等激光打微孔；（3）對(duì)手機(jī)中框內(nèi)部細(xì)小零部件和USB線等的激光焊接；（4）對(duì)玻璃蓋板、FPC柔性電路板、攝像頭藍(lán)寶石保護(hù)鏡片以及Home鍵藍(lán)寶石保護(hù)鏡片的激光切割；（5）對(duì)金屬機(jī)身鍍膜殘留物的清洗和氣密性檢測等。
“全面屏+OLED+無線充電+雙攝+3D玻璃”等從“0到1”創(chuàng)新對(duì)激光帶來持續(xù)需求。手機(jī)在后智能時(shí)代創(chuàng)新不斷，其中以蘋果、三星巨頭引領(lǐng)的全面屏、3D玻璃、雙攝、無線充電、OLED等是目前能看到接下來幾年最大的創(chuàng)新。其中有近及遠(yuǎn)、滲透率有低到高的創(chuàng)新為全面屏、雙攝、無線充電、OLED、3D玻璃，這幾種創(chuàng)新有所區(qū)別但又相互關(guān)聯(lián)。
應(yīng)用二：工業(yè)拉動(dòng)大功率激光器需求
大功率激光相比傳統(tǒng)方式優(yōu)勢明顯。
工業(yè)制造是公司大功率激光器應(yīng)用的最大領(lǐng)域之一，主要應(yīng)用于激光焊接、激光切割、激光弱化等，還可進(jìn)行金屬表面的硬化，具體應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域非常廣泛，其中具有代表性的是汽車制造、健身器材、軌道交通、航空航天和農(nóng)業(yè)機(jī)械、五金家電等領(lǐng)域。
激光焊接在汽車焊接領(lǐng)域有望逐步替代其它方式，目前主要的汽車焊接方法有電阻電焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、激光焊、氬弧焊、電阻束焊等。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式無法滿足現(xiàn)代汽車制造對(duì)精密性和堅(jiān)固性的要求，而激光焊接在加工中不接觸產(chǎn)品就能實(shí)現(xiàn)精密焊接，將成為未來重要的成型方式。隨著汽車向輕量化、高強(qiáng)度發(fā)展，高強(qiáng)度鋼板、合金鋼等材料被應(yīng)用至車身材料上，憑借切割效率快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，激光讓新材料在汽車中加速使用得以實(shí)現(xiàn)。隨著全球汽車市場需求的擴(kuò)大，在汽車智能化進(jìn)程加速推進(jìn)的同時(shí)，以大功率激光加工技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)也在不斷推動(dòng)汽車制造業(yè)的更新?lián)Q代，先進(jìn)激光制造技術(shù)與汽車生產(chǎn)的結(jié)合已是大勢所趨。
汽車工業(yè)的增長或?qū)⑼苿?dòng)大功率業(yè)務(wù)需求進(jìn)一步增加。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017年我國汽車產(chǎn)銷分別完成2901.5萬輛和2887.9萬輛，同比增長3.2%和3%。汽車制造設(shè)備主要包括沖壓設(shè)備、焊裝設(shè)備、涂裝設(shè)備、總裝設(shè)備等四大工藝設(shè)備，據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息估計(jì)，焊裝設(shè)備占比達(dá)到25%，隨著汽車工業(yè)的增長，對(duì)大功率激光焊接設(shè)備的需求必然進(jìn)一步增加。公司激光焊接技術(shù)相較于切割還處于起步階段（營收比：1:4），未來有望取代其他焊接技術(shù)在國內(nèi)企業(yè)大量應(yīng)用，市場前景廣闊。
大功率激光設(shè)備較傳統(tǒng)常見技術(shù)具有諸多優(yōu)勢。就金屬加工的切割設(shè)備來說，常見的切割方式主要包括火焰切割、等離子切割和激光切割技術(shù)，高功率的激光切割在適合材料類型、切割精度、邊緣質(zhì)量方面都明顯優(yōu)于等離子切割和火焰切割，有望取代沖床成為主流切割設(shè)備。
大功率激光焊接設(shè)備將以實(shí)現(xiàn)輕量化、整體化結(jié)構(gòu)件制造、精密制造、低成本高效新工藝的需求方向轉(zhuǎn)變，尤其是一體化集成復(fù)合型激光焊接設(shè)備將是未來的主流趨勢。
