一、光纤激光器行业概述
光纤激光器是使用掺杂了稀土元素的玻璃光纤作为增益介质的激光器,属于固体激光器的一种。因增益介质形状特殊且具有典型的技术和产业优势,产业中一般会将其与其他的固体激光器分开进行研究。类似其他激光器,光纤激光器同样由泵浦源、谐振腔和增益介质三部分构成,其中半导体泵浦源作为光纤激光器的关键部分,其性能直接影响光纤激光器的输出特性。
光纤激光器种类较多,根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可有多种不同的分类方式。其中按激光的工作模式可主要分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器;按输出激光功率大小分类:按输出激光功率大小可分为:(1)低功率光纤激光器:平均输出功率小于100W的光纤激光器;(2)中功率光纤激光器:平均输出功率在100W至1,000W的光纤激光器;(3)高功率光纤激光器:平均输出功率大于或等于1,000W的光纤激光器。
光纤激光器的用途可以分为打标、微材料加工、宏观材料加工三大类。其中微材料加工包括了除打标以外,包括所有输出功率小于1,000W的激光器应用;宏观材料加工包括了所有输出功率大于等于1,000W的激光器应用,主要应用于金属切割和焊接。近年来,光纤激光器市场规模保持增长,其中用于宏观材料加工的激光器市场规模增长迅速,2017年市场份额占比约为62%;其次分别是用于微材料加工和打标的光纤激光器,市场份额占比分别约为22%、16%。
2017年全球光纤激光器用途分布
资料来源:公开资料整理
相关报告:华经产业研究院发布的《2019-2025年中国光纤激光器市场发展现状调查及投资趋势前景分析报告》
二、全球光纤激光器发展现状
与其他激光器相比,光纤激光器拥有结构简单、转换效率高、光束质量好、维护成本低、散热性能好等优点,光纤激光器已成为金属切割、焊接和标记等传统工业制造领域的主流光源,并广泛应用于医疗美容、航空航天和军事应用等领域。2010-2018年,全球光纤激光器市场快速增长,2018年全球光纤激光器市场规模达到26.03亿美元,同比增长6.1%。
2010-2018年全球光纤激光器市场规模情况
资料来源:公开资料整理
从全球光纤激光器市场分布格局来看,其中亚太地区占据全球43%的市场份额,而欧洲和北美地区光纤激光器市场规模约分别占全球市场的33.2%和22.6%。亚太地区成为了全球最大的光纤激光器应用市场,主要是由于以中国、日本、印度为代表的亚太地区聚集了众多汽车业、传统制造业和半导体行业,制造行业的升级换代激发了市场对光纤激光器的旺盛需求。
全球光纤激光器区域分布格局
资料来源:公开资料整理
由于光纤激光器高效率、多用途、低维护成本的特点受到下游客户的青睐,在工业应用领域,光纤激光器逐步挤占固体激光器和气体激光器的市场,市场份额占比从2010年的19.7%提升至2018年的51.5%,成为市场最大激光器品种,推动激光技术进入光纤化时代。
光纤激光器在工业激光器中的市场份额占比情况
资料来源:公开资料整理
二、我国光纤激光器市场发展现状
2005年以前,光纤激光器技术长期被国外巨头垄断,国内光纤激光器使用完全依赖进口。2013年后,在国家产业政策的扶持和企业的研发投入共同推动下,我国激光加工产业实现了快速发展,国产光纤激光器厂商开始从低功率到中功率再到高功率不断进行国产替代。2013年-2018年间,低功率、中功率、高功率(含超高功率)领域国产化产品市场占有率分别由72.2%、16.7%、0.8%提升至98.2%、52.1%、34.5%,国产光纤激光器市场占有率不断提升。
2013-2019年中国各功率光纤激光器国产化率
资料来源:公开资料整理
随着我国产业升级的不断推进,中国制造业对自动化、智能化生产模式需求的日益增长,国内激光产业进入高速发展期。2013年中国国产激光器销售台数仅为1.9万台,到2018年达到11万台,2013-2018年间,国产光纤激光器的销量翻了5倍左右。
2013-2018年国产光纤激光器销售台数
资料来源:公开资料整理
面对日益增长的激光器市场需求,国内激光器生产企业纷纷加大研发和生产力度,但由于国产产能不足以及产品品质差异,特别是在高功率激光器上,国内企业从欧美进口激光器的规模依然处于高位。随着光纤激光器应用领域的拓展和市场容量的放大,国内光纤激光器市场竞争日益激烈,除了IPG光子、相干、恩耐等国外企业,国内以锐科激光、创鑫激光、杰普特等为代表的多家光纤激光器厂商也参与到该市场的竞争。2018年中国光纤激光器份额占比最大的为IPG光子,销售份额占比达49%,此外,国产企业锐科激光、创鑫激光2018年市场销售份额占比仅次于IPG光子,分别位列第二、三为,占比17.3%、8.9%。
2018年光纤激光器在华市场销售份额情况
资料来源:公开资料整理
四、光纤激光器发展趋势分析
1、向更高功率方向发展
在船舶、航天等高新技术领域需求和增材制造技术广泛应用的推动下,更高输出功率成为光纤激光器发展的主要研究内容之一,光纤激光器的输出功率将从百瓦级、千瓦级向万瓦级发展。预计通过采用更高功率的泵浦源、更先进的特种光纤设计和高功率光纤合束技术,光纤激光器输出功率将达到数万瓦级。配置千瓦至数万瓦的大功率光纤激光器的工业装备将会成为高端制造业的主流设备。
2、向高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器发展
在激光的许多应用中,例如激光深雕、激光清洗等需要高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器,将高光束质量、小功率的激光器作为种子光源,双包层光纤作为放大器,容易获得高平均功率、高脉冲能量的脉冲激光输出,是目前行业研究的热点和难点。
3、向超短脉冲光纤激光器方向发展
在激光精细加工领域,例如脆性材料打孔、蓝宝石玻璃切割等,需要超快超短脉冲光纤激光器。目前,中高功率的超快超短脉冲光纤激光器是研发的热点。
4、向更高亮度方向发展
高光束质量的高功率光纤激光器在科研和军事领域需求旺盛,主要用户为科研机构、高等院校和政府部门。目前,国外发达国家把高光束质量的大功率光纤激光器作为战术激光武器的首选光源,军事等特殊需求将促使光纤激光器在向更高功率发展的同时向更高亮度方向发展,即在提升输出功率同时保持光纤激光器输出光束质量。
5、向模块化、智能化方向发展
为了适应市场上对于激光器多种需求,光纤激光器将逐渐走向系列化、组合化、标准化和通用化。利用有限的规格和品种,通过组合和搭配不同模块,缩短新产品开发周期,提高产品的稳定性和可靠性。同时,通过采用先进的通信技术和设计理念,实现光纤激光器的远程诊断、远程维修、远程控制以及数据统计,通过对光纤激光器运行状态的实时监控,提前发现和处理产品潜在的故障,从而为客户提供更好的产品服务。