（报告出品方/作者：中信建投证券，刘双锋、郭彦辉）

一、激光行业长坡厚雪

1.1激光：二十世纪最重要四大发明之一

激光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，缩写LASER）顾名思义是指受激辐射发出的光，其产生的具体过程是：原子中的电子吸收能量后会从低能级跃迁到高能级，由于高能级非稳定态，跃迁后的电子会自发从高能级回落到低能级，同时释放能量并发出光子，此过程为自发辐射，自发辐射过程产生的光相位、方向等杂乱无章。爱因斯坦指出，若此辐射过程中伴有一个外来光子入射，则辐射会产生两个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，新产生的光子又会诱发其他辐射过程产生双倍的特征相同的光子，此过程为受激辐射，类似核反应的受激辐射最后会得到一束准直、单色、相干的定向光束，这便是激光。

由于激光是由相干的光子构成，因此与普通光相比激光具有更佳的方向性，相同功率下亮度更高、能量密度更大。如激光器发射的激光光束发散度极小，大约只有0.弧度，接近平行。年，人类第一次使用激光照射月球，尽管地月距离长达38万公里，但是激光在月球表面的光斑不到两公里，而同样看似平行的探照灯射向月球，按照其光斑直径理论上将覆盖整个月球。定向发光的特性也使得激光的亮度更高，在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯亮度最高，而红宝石激光器的激光亮度能超过氙灯几百亿倍，红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度单位），颜色鲜红光斑肉眼可见，而即使用功率最强的探照灯照射月球所产生的照度也仅有一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。由于具备良好的光学特性，激光自从二十世纪60年代被发明后便一直被广泛应用于航空航天、军事、医疗、微电子等领域，也因此激光和原子能、半导体、计算机并称为二十世纪最重要的四大发明。

1.2激光渗透率提升是必选项

从长期视角来看，人口老龄化背景将促使激光在工业领域不断渗透。当前中国已步入老龄化社会，且老龄化趋势仍在加剧。年全国65岁以上人口占总人口比例高达14.2%，且该比例增长有加速趋势。根据泽平宏观援引世界银行的数据，年中国老龄化水平已排在全球第63位，超过全球平均水平。老龄化持续加剧引发社会劳动力短缺问题突出，而激光自动化加工设备可以大大提高生产效率，弥补因劳动力短缺带来的生产力不足问题。因此长期来看，激光技术渗透具有重要意义。

从中期视角来看，制造业人均产值提高需借助激光自动化设备来完成。根据Wind数据，和美国、日本等发达国家相比，我国制造业人均产值仍处于低水平。且根据前瞻经济学人数据，激光在中国制造业所占比重为30%，与美国、德国等发达国家仍有较大差距。激光自动化设备在工业领域的广泛应用可以提高工业生产效率，从而提高制造业人均产值，使制造业真正实现转型升级。因此，未来我国人均GDP若要赶超美国等发达国家，必须继续提高激光在制造业中的使用比重。

从短期视角来看，当前制造业投资景气度向好，推动激光行业加速成长。根据Wind数据，截至年3月底，工业机器人和金属切削机床月产量均在环比提升，反应制造业景气度向好。行业高景气度促使激光加工设备渗透更为容易，激光行业短期成长确定性强。

1.3政策为激光行业保驾护航

国家相关支持政策明确了激光行业作为国家战略性新兴产业的重要地位。激光产业是国家长期重点支持发展的产业，年以来，国家相继出台多项支持激光行业发展的政策，如《中国制造》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《高端智能再制造行动计划（-）年》及《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和年远景目标纲要》等。

二、中游激光器是产业核心

2.1激光器介绍

激光器是产生激光的核心装置，主要是由泵浦源、增益介质、谐振腔等光学器件材料组成。激光器的核心原理是利用泵浦源激励增益介质发生粒子数反转进而使其受激辐射产生光并通过谐振腔对光进行调整输出形成激光。在激光器构成中，泵浦源的作用是激励增益介质发生并维持粒子数反转，激励的方式由增益介质的特性决定，一般包括电激励、光学激励、化学激励和核能激励等，泵浦源激励的过程即是激光器吸收能量的过程，而增益介质发生粒子数反转后输出激光的过程是释放能量的过程，因此泵浦源激励方式即是激光器能量转换方式；增益介质的作用是吸收泵浦源的能量发生受激辐射产生激光，增益介质可以是固体、气体、半导体和液体等，其特点是具有合适的能级结构和跃迁特性；谐振腔通常是由两块反射镜组成，主要用来使受激辐射光子在腔内多次反射形成相干的持续振荡，并对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的单向性和单色性。

激光器可以按照增益介质种类、泵浦方式、输出激光波长、运转方式等进行分类。

（1）按照增益介质种类分类，激光器可以分为气体激光器、液体激光器、固态激光器，其中固态激光器又可分为固体激光器、光纤激光器、半导体激光器等。a）气体激光器：增益介质是气体的激光器，一般通过放电得到激发，常见的气体激光器有氦氖激光器、CO2激光器、准分子激光器；b）液体激光器：所采用的增益介质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液，其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl2）则起基质的作用；c）固体激光器：增益介质一般是晶体或玻璃，一般由半导体激光器阵列光照泵浦得到激发，包括最常用的固体激光器Nd：YAG激光器（掺钕钇铝石榴石）、增益介质为Yb：YAG（掺镱钇铝石榴石）的碟片激光器（适用于高功率输出）等，固体激光器具有峰值功率高、热效应小、加工精度高的特点，一般主要用于薄性、脆性材料和非金属材料的精细微加工领域；d）半导体激光器：也称激光二极管，增益介质一般是砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等等材料制成的半导体面结型二极管，应用较广的是性能较好的具有双异质结构的GaAs二极管激光器；e）光纤激光器：增益介质为掺杂稀土元素的玻璃光纤，属于固态激光器的一种，具有输出激光束质量好、能量密度高、电光转换效率高、使用方便、可加工材料范围广、综合运行成本低等诸多优势，被广泛应用于宏观加工领域的金属材料切割、焊接、钻孔、烧结等，在工业应用中占主要地位，根据LaserFocusWorld，年全球工业激光器销售收入中光纤激光器占比达52.7%；根据《中国激光产业发展报告》，年中国工业激光器市场规模中光纤激光器占比达67%。

（2）按照泵浦方式分类，激光器可以分为光泵浦激光器、电泵浦激光器、化学泵浦激光器、热泵浦激光器、核泵浦激光器等。由于增益介质的特性不同，其发生粒子数反转的条件也不同，因此需要用不同的方式泵浦。几乎全部的固体激光器、光纤激光器均采用光泵浦；大部分气体激光器及一般常见的半导体激光器均采用电泵浦；一些特殊的激光器采用化学或核泵浦。固体激光器、光纤激光器通常用半导体激光器作泵浦源。

（3）按照输出激光波长分类，激光器可以分为红外激光器、可见光激光器、紫外激光器。不同结构的物质吸收的光波长范围不同，因此不同材料或不同场景下的激光加工需要不同波长的激光器。红外和紫外是运用最广泛的两种激光器，a）红外激光器主要应用于“热加工”，将材料表面的物质加热并使其汽化（蒸发），以除去材料；b）在薄膜非金属材料加工，半导体晶圆切割，有机玻璃切割、钻孔、打标等领域，高能量的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，使分子脱离物体，这种方式不会产生高热量反应，因此通常被称为“冷加工”，紫外激光器在微加工领域具有不可替代的优势。由于紫外光子能量大，难以通过外激励源激励产生一定高功率的连续紫外激光，故紫外激光一般是应用晶体材料非线性效应变频方法产生，因此目前广泛应用工业领域的紫外激光器主要是固体紫外激光器。

（4）按照运转方式分类，激光器可分为连续激光器、脉冲激光器，其中脉冲激光器按脉宽又可以分为毫秒激光器、微秒激光器、纳秒激光器、皮秒激光器、飞秒激光器等。a）连续激光器：工作特点是激光输出可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，大部分光纤激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器均属于此类，连续激光器工作稳定、热效应高，适合于金属材料的连续高速切割、焊接，以及表面热处理、激光熔覆、激光快速成形等宏观加工；随着输出功率的逐渐增加，对诸如钛合金、钨合金、特种钢材等高强度、高硬度材料的加工速度和加工质量越来越高；b）脉冲激光器：主要特点是峰值功率高、热效应少、可控性好、光束精细发散小，适合于打标、钻孔、硅片及玻璃划片、精密加工等领域。对于不同脉宽的脉冲激光器而言，脉冲时间越短，单一脉冲能量越高，加工速度越快；波长越短，作用半径越小，加工精度可以越高。

（5）按照输出功率分类，可将光纤激光器分为小功率（1kW）、中功率（1kW-3kW）、高功率（3kW），对于固体激光器，一般将10W以下的归类为低功率，10W以上为中高功率。

进一步对比固体激光器和光纤激光器，固体激光器尤其是短波长、短脉宽的紫外皮秒、紫外飞秒激光器，在目前的激光精细微加工领域应用最为广泛，而光纤激光器在宏观加工领域应用较多。这主要是由于固体激光器的特点决定：a）瞬时功率高。在精细微加工实践中，时常需要在短时间内释放巨大能量来击穿被加工材料，固体激光器的高脉冲功率可以满足这一要求。而光纤激光器受限于增益介质过于细小，无法承受较大的瞬时功率，过大的瞬时功率很容易使其增益介质受损，从而影响输出激光的质量和稳定性；b）热效应小。固体激光器在实现超高瞬时功率的同时可将其平均功率控制在较小的范围内，因而可以满足精细微加工中的“冷加工”需求；c）加工精度高。固体激光器可以有效输出高聚焦度、短波长的紫外激光，在精细微加工领域，高聚焦度和短波长意味着激光的作用半径更小，更能够实现精确控制和定点处理。光纤激光器则凭借高功率的特性未来仍将主要应用于宏观加工领域。

2.2市场规模

近年来激光加工技术一方面凭借其优势正逐步替代宏观加工领域的传统加工工艺，另一方面随着技术进步正逐步向精细微加工的增量市场拓展，这促进了激光器行业市场规模的不断增长。据LaserFocusWorld数据，全球激光器销售收入从年的.7亿美元增长至年的.8亿美元，CAGR达6.1%；另据LaserFocusWorld数据，中国激光器市场规模从年的69.5亿美元增长至年的亿美元，CAGR达13.2%。

2.2.1光纤激光器

光纤激光器领域，中国市场贡献主要增长驱动力。根据LaserFocusWorld数据，全球光纤激光器市场规模到年达27.2亿美元，但年后增速大幅下滑甚至年转负，主要系中国光纤激光器厂商市场份额持续提高叠加成本价格下降所致。-年全球光纤激光器市场规模从9.6亿美元增至26.0亿美元，复合增速达28.3%。-年全球光纤激光器市场规模小幅增长，复合增速仅2.3%。根据武汉文献情报中心数据，中国光纤激光器市场规模到年达94.2亿元，-年从28.6亿元增至77.4亿元，复合增速达28.3%，和全球水平基本一致。-年中国光纤激光器市场规模复合增速达10.3%，仍保持两位数水平，成为全球光纤激光器市场规模增长的主要驱动力。

2.2.2半导体激光器

根据LaserFocusWorld数据，预计年全球半导体激光器市场规模达79.5亿美元，从年的48.4亿美元增至年的79.5亿美元，CAGR达10.4%。着眼高功率领域，根据StrategiesUnlimited数据，预计年全球高功率半导体激光器市场规模为19.8亿美元，约占整个半导体激光器市场规模的25%，其中约47.5%的高功率半导体激光器直接应用，约27.4%的高功率半导体激光器用于光纤激光器泵浦源，约25.2%的高功率半导体激光器用作固体激光器泵浦源。

2.2.3超快激光器

超快激光器市场近几年是激光市场最突出的增长点。皮秒、飞秒激光器也称为超快激光器，通常属于固体激光器，由于具有瞬时功率高、热效应小、加工精度高的优势，被广泛应用于精细微加工领域。由于精细微加工领域多为半导体及光学、显示、新能源及科研等新兴领域，受益于新兴领域的高速成长，超快激光器市场规模近几年保持较高增速，是激光市场最突出的增长点，其增速高于激光器整体增速。根据LaserFocusWorld数据，全球超快激光器市场规模从年的6.4亿美元增至年的18亿美元，复合增速达29.5%，高出激光器整体增速19pcts。中国市场超快激光器市场规模增速更快，从年的6.2亿元增至年的27.4亿元，复合增速达45.0%，比全球水平高15.5pcts，主要得益于中国市场需求的强劲增长。未来随着制造业进一步向高精尖、智能化方向发展、激光精细微加工将逐步成为高端精密制造领域的核心加工工艺，推动超快激光器市场规模继续保持高速增长。

2.3竞争格局

产业链中游是激光器制造商，A股上市公司有锐科激光、杰普特、英诺激光、德龙激光（部分业务为激光器业务）等，非上市公司有创鑫激光、凯普林等，国外知名公司有美国IPG、nLight、相干、德国通快等。由于光纤激光器是目前工业激光器领域最主要的类型，在宏观激光加工领域具有重要地位，而超快激光器是激光器行业增长最突出的部分，且未来在精细微加工领域将持续获得高增长，因此本节主要针对这两类激光器做分析。

2.3.1光纤激光器国产替代进入攻坚期，未来将聚焦高功率

光纤激光器领域，IPG是世界龙头，锐科激光是国内龙头，全球竞争格局较为集中。据FutureMarketInsights数据预测，年全球光纤激光器厂商中，IPG市场份额为50%，排在全球首位，德国通快、锐科激光、Lumnetum、Fujikura市占率排在其后，分别为17%、9%、8%、4%，全球前五大厂商中仅锐科激光为中国企业，CR5达88%，全球竞争格局较为集中。

IPG等国外企业年后收入出现下滑，而国内厂商锐科、杰普特等保持增长。根据wind数据，在全球激光市场持续增长的背景下，IPG从年到年收入维持增长，从15.66亿元增至93.14亿元，CAGR达14.7%。但年后全球经济放缓，国际贸易摩擦不断，年IPG收入下滑8.5%，年世界范围内的疫情爆发，对IPG收入进一步造成冲击，使其下滑14.6%，年随着疫后全球经济复苏，IPG收入基本回到年水平。而国内厂商起步较晚，-年锐科激光、创鑫激光、杰普特经过多年研发，不断推出更具价格竞争力的产品扩大市场份额，-年三家公司收入CAGR分别为58.2%、26.8%、39.0%，而IPG同期收入CAGR仅为20.8%。-年国产厂商技术不断获得突破，凭借成本优势在国内市场份额持续提高，尽管全球激光器市场规模增长停滞，但由于中国市场仍保持高增长，因此锐科、杰普特等国产厂商收入仍实现高增长，CAGR分别达32.9%、21.4%。

中国市场上，IPG市占率持续下滑，份额逐渐由锐科、创鑫等国产厂商替代，21Q4锐科市占率首超IPG跃居首位。根据武汉文献情报中心数据，年IPG在中国光纤激光器市场占有52.7%的市场份额，之后随着国产厂商的竞争力不断加强，IPG在中国光纤激光器市场的份额逐年下滑，到年为28.1%，此间市占率减少24.6pcts，但截止Q3其仍为中国光纤激光器市场占有份额最高的企业。与之相对应的是，在国产替代的大趋势下，锐科激光、创鑫激光在中国光纤激光器市场的份额逐年提高，分别由年的12.1%、10.3%升至年的27.3%、18.3%，市占率分别提升15.2pcts、8.0pcts，从表观数据来看，IPG在中国光纤激光器市场失去的份额基本由锐科、创鑫等国产厂商所替代。国产替代的趋势仍在进行中，根据OFweek分析，Q4锐科激光在中国市场份额首次超过IPG跃居首位。锐科激光董事长闫大鹏预计公司年将保持国内市占率第一的地位。

2.3.2超快激光器市场八成份额仍被国外企业占有

超快激光器领域国内企业起步较晚，国外厂商德国通快等占主要地位。由于光纤激光器应用最为广泛，国内激光器企业以光纤激光器厂商为主，国内超快激光器起步较晚，因此从事超快激光器的企业数量不多，主要有德龙激光、华日激光、国神光电、英诺激光等，国外企业主要有德国通快、美国相干、美国光谱物理等。根据OFweek介绍，全球超快激光器市场约80%份额被国外企业占有，而中国超快激光市场规模正以远高于全球水平的增速成长，国产替代空间十分广阔，未来随着国内厂商技术逐步突破，参考光纤激光器行业经验，国内厂商市场份额有望逐步提高。

国产超快激光器产品性能正逐步接近世界领先水平。根据德龙激光招股书中所披露信息，对比德龙激光、华日激光、国神光电、英诺激光以及几家主要国外厂商的产品性能指标后，不难看出在超快激光器领域，德国通快产品性能指标最为领先，主要系其采取了独特的技术路线。在紫外皮秒激光器以及红外、绿光飞秒激光器方面，德龙激光产品性能指标略逊于美国光谱物理，与美国相干公司相当；在红外、绿光皮秒激光器方面，德龙激光和英诺激光产品性能指标仅次于德国通快，部分指标优于其他国外厂商；在紫外飞秒激光器方面，德龙激光已量产最大输出功率为10W的激光器。（报告来源：未来智库）

三、上游元器件壁垒高，国产替代空间足

3.1上游元器件介绍

激光上游元器件主要是构成激光器的材料和光学器件，包括激光芯片、晶体材料、有源光纤等。此外大部分激光设备均是自动化设备，因此运动控制系统是大部分设备必不可少的组成部分，也可被纳入激光上游分类中。

3.1.1激光芯片

半导体激光芯片是采用半导体芯片制造工艺，以电激励源方式，以半导体材料为增益介质，将注入电流的电能激发，从而实现谐振放大选模输出激光，实现电光转换。其增益介质与衬底主要为掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物的半导体材料，如GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）等。半导体激光芯片根据谐振腔制造工艺不同分为边发射激光芯片（EEL：EdgeEmittingLasers）和面发射激光芯片（VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser）两种。边发射激光芯片是在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，沿平行于衬底表面发射激光，而面发射激光芯片是在芯片的上下两面镀光学膜形成谐振腔，由于光学谐振腔与衬底垂直，能够实现垂直于芯片表面发射激光。面发射激光芯片有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤、制造成本低等优点，但输出功率及电光转换效率较边发射激光芯片低。

常见的边发射激光芯片相关产品有单管芯片、光纤耦合模块、巴条芯片、阵列模块等。单管芯片只有一个发光单元，巴条芯片是由多个发光单元并成直线排列的激光二极管芯片，巴条芯片经过钝化、解膜后，可解理为单个发光单元的单管芯片，单管和巴条芯片主要用于工业泵浦、科学研究、激光装备等。光纤耦合模块通常是由单管芯片经过光学整形合束耦合封装而成，主要用于光纤激光器、固体激光器泵浦源等；阵列模块通常是由巴条芯片集成封装而成，主要用于固体激光器泵浦源等。

VCSEL芯片相比EEL芯片结构更为复杂，工艺难度更高。典型的VCSEL结构自上而下分别是：电流注入所使用的欧姆接触、P型的顶部分布布拉格发射镜（DBR），多量子阱有源区、N型的底部分布布拉格发射镜以及最底部的N型基质。顶部与底部的DBR构成激光谐振腔，长度为数微米，与激光波长在同一数量级。工作时载流子被注入有源区的量子阱中，产生辐射跃迁，经过谐振腔的选模，在垂直于衬底的方向上输出圆形的激光光束。相比于EEL的结构，VCSEL显然更为复杂，工艺难度也更高。其工艺高难度主要体现在VCSEL谐振腔短（仅几微米长），导致其单程增益长度也极短，因此就要求制作的分布布拉格反射镜（DBR）材料质量必须良好，还要求DBR的发射率极高（一般要求99%以上），目前如何获得高质量的DBR是VCSEL制作过程最主要的难点。

VCSEL最初被广泛应用于光通信领域，目前最主要应用市场是消费电子（占比达七成），未来在汽车市场（激光雷达、DMS等）有望获得新的增长。VCSEL最初主要应用于光通信领域，年苹果公司在iPhoneX中取消标志性的TouchID，转而采用创新的FaceID，该技术实现了3D传感功能，实现该功能的核心器件便是VCSEL，自此VCSEL开始大规模应用于消费电子领域，随后安卓市场也纷纷将VCSEL应用于其产品的深度传感系统。根据Yole数据，年VCSEL应用市场中，消费电子占比63.9%，为主要应用领域，其次为电信及基础设施领域，占比34.5%，汽车和移动设备领域占比仅为0.1%，但Yole预测到年汽车和移动设备领域占比将提升至2.4%。VCSEL在汽车市场的应用包括激光雷达、DMS、ARHUD、激光大灯等，在车载激光雷达市场中VCSEL激光雷达将凭借探测距离、人眼安全等方面优势逐步替代EEL激光雷达，在DMS（驾驶员监测系统）中VCSEL在隐私保护、受环境光照干扰等方面显著优于LED，因此未来随着汽车智能化不断推进，VCSEL在汽车市场的应用将迎来新的增长。

3.1.2晶体材料

晶体是指原子、离子或分子在空间做长程有序的排列，并形成一定的点阵结构的物质。采用人工方法合成的晶体，称为人工晶体。人工晶体按照功能不同，可粗略分为激光晶体、非线性光学晶体、闪烁晶体、电光晶体、压电晶体等。光电子晶体材料是指对光电信息具有发射、接收、传输、处理、显示和存储等功能的晶体材料，包括激光晶体、非线性光学晶体、闪烁晶体等。作为激光上游元器件的晶体材料主要是激光晶体和非线性光学晶体，且二者主要应用于固体激光器。

激光晶体是指受激辐射后能发射出激光的人工晶体。1）激光晶体由基质晶体和激活离子两部分组成。基质晶体主要是为激活离子（发光中心）提供一个合适的晶格场；激活离子是掺杂在基质晶体中的镧系等化学元素离子。固体激光器发射激光和激光的波长主要取决于掺入晶体中的少量激活离子及其与基质晶体的相互作用。常见的激活离子有稀土、过渡金属离子，常见的基质晶体有氧化物、氟化物和含氧酸盐化合物晶体。2）应用广泛的激光晶体主要有：掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）、掺钕矾酸钇（Nd:YVO4）和掺钛蓝宝石（Ti:Al2O3）晶体，三者合称为“三大基础激光晶体”。3）掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）具有光学均匀性好、机械性能好、物化稳定性高、热导性好等优点，是迄今为止最为重要，也是最成熟、最主流的激光晶体材料，中、高功率激光应用主要是Nd:YAG；与Nd:YAG相比，掺钕矾酸钇（Nd:YVO4）对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的Nd:YVO4晶体与LBO、BBO、KTP等非线性光学晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率。低功率小型化激光应用主要是Nd:YVO4；掺钛蓝宝石（Ti:Al2O3）非常有利于实现飞秒激光脉冲，而且具有受激发射截面大、激光损伤阈值高等优点，因此可调谐、超快激光应用主要是Ti:Al2O3。

非线性光学晶体具有非线性光学效应。当入射激光在非线性光学晶体中传播时，会激发非线性极化波，并通过倍频、差频、和频及光参量放大效应等方式产生新波段的光波，即输出激光的波长与入射激光的波长不同，从而产生新波长的激光。在激光器中激光晶体受激辐射发出的基频激光具有特定的波长，波长取决于激光晶体的种类，而非线性光学晶体可将基频激光变频为多种其他波长激光，从而丰富了激光器的波长范围，使得激光器的应用可以拓展到更多领域，因此非线性光学晶体元器件是激光器（主要是固体激光器）产生非基频激光的核心元器件。目前应用最广泛的非线性光学晶体有LBO、BBO、KTP等。据相关论文介绍，1）上世纪60年代到80年代，非线性光学晶体的探索主要由美国主导，当时有两大类非线性光学晶体，Bell实验室发现的具有（NbO6）氧八面体配位的铌酸盐晶体的代表LiNbO3和由杜邦公司发现的磷酸盐晶体的代表KTiOPO4（简称KTP）。2）80年代，我国陈创天院士研究组率先在硼酸盐中发现了一系列以β-BaB2O4（简称BBO）和LiB3O5（简称LBO）为代表的性能优异的非线性光学晶体，解决了近红外激光向可见、近紫外波段的倍频转换。BBO和LBO也被誉为“中国牌”晶体，目前实现了商业化的晶体只有KTP、BBO和LBO等。3）目前经过实验证明是深紫外非线性光学晶体的只有两种，KBBF和RBBF，二者都可以通过直接倍频实现深紫外激光输出，KBBF晶体的综合性能好于RBBF。

3.1.3有源光纤

光纤是光导纤维的简称，由折射率较高的高纯度玻璃纤芯内层和折射率较低的玻璃包层组成。1）最初，光纤主要用来导光，纤芯中没有掺杂稀土元素，被称为无源光纤。随着研究深入和需求提高，开始在纤芯中掺杂稀土元素等激活离子，并通过泵浦使光纤发光，使无源光纤被“激活”，成为掺杂有源光纤。一般在有源光纤中掺入一种或多种稀土元素，如钕（Nd）、镱（Yb）、铒（Er）、铥（Tm）、钬（Ho）、镝（Dy）、镨（Pr）等。有源光纤作为增益介质，是光纤激光器中重要的组成部分，不同掺杂物的有源光纤输出激光波段不同。2）掺稀土元素的光纤通常为双包层光纤，此种光纤结构由外包层、内包层和掺杂纤芯所构成，外包层的折射率小于内包层的折射率，内包层的折射率小于纤芯的折射率，从而构成双层的波导结构。掺杂双包层光纤在光纤激光器中的作用主要是将泵浦光功率转换为激光的工作介质及与其他器件共同构成激光谐振腔。其工作原理是：将泵浦光通过侧向或端面耦合注入光纤，由于外包层折射率远低于光纤的内包层，所以内包层可以传输多模泵浦光。内包层的横截面尺寸大于纤芯，对于所产生的激光波长，内包层与掺稀土离子的纤芯构成了完善的单模光波导，同时它又与外包层构成了传输泵浦光功率的多模光波导。这样可以将大功率多模泵浦光耦合进入内包层，多模泵浦光沿光纤传输的过程中多次穿过纤芯被吸收，由于纤芯中稀土离子被激发，从而产生较大功率信号激光输出。3）据相关论文介绍，双包层光纤激光器近些年发展迅速，输出功率已经达到千瓦量级。但是，单根光纤的激光输出功率不可能无限提高，它还受到自身各方面因素的限制，如热效应、非线性效应，以及光纤端面损伤等。稀土掺杂双包层光子晶体光纤突破了传统单模光纤的结构限制，为进一步提高光纤激光器的光束质量及输出功率提供了硬件条件。

3.1.4运动控制系统

运动控制系统的发展起源于工业革命后对蒸汽机、电动机等各类机械设备进行精确控制的想法，随着制造业的不断发展，需要同时控制多台电机，进行互动式精确加工。早期运动控制主要用于数控机床领域，对应的数控装置被称为数控系统。如今运动控制系统已广泛应用于装备制造、印刷、包装、纺织、半导体制造、自动化生产线等。作为各类设备的大脑，运动控制系统决定了设备的精度、效率，是不同品牌设备形成差异化的重要环节。运动控制系统是自动化机械的核心。其功能是根据控制程序，经计算机处理后，实时控制执行机构的动作。运动控制系统一般由控制器、功率放大器与变换装置、电动机、负载，及相关的传感器等部件组成。控制器下达指令后，驱动器将其转化为能够运行电机的电流，驱动电机旋转，带动工作机械运行，同时，电机上的传感器经过信号处理将电机的实时信息反馈给控制器，控制器进行实时调整，从而保证整个系统的稳定运转。

早期的运动系统由数字逻辑电路构成，随着微电子和计算机技术的发展，现在已经被计算机软件取代。相比于硬件电路，计算机软件具有巨大的灵活性，可以实现逻辑电路难以表达的复杂控制算法，从而使运动控制系统能有了质的飞跃。另外，运动控制系统可在使用过程中通过升级来提升性能或改变用途，从而使自动化机械具有真正的柔性。目前运动控制系统由硬件和软件两部分集成，硬件即工业控制板卡，包括主控单元、信号处理等部分，软件是控制算法。对于柏楚电子这样的运动控制系统提供商，其硬件部分一般从市场上采购各类通用元器件，然后组装加工得到；基于硬件的架构，将软件算法集成其中，形成最终的运动控制器。硬件的质量、结构及算法的优劣共同决定了运动控制系统的精度、效率。在硬件的差异化不明显的情况下，软件算法是运动控制系统的关键。

3.2市场规模

年全球激光芯片市场规模约为3.7亿美元，中国市场约为2.6亿美元。参考长光华芯招股书估计方法，假设全球激光器约60%比例需要使用激光芯片，激光器厂商毛利率约30%，泵浦源占激光器BOM成本约50%，泵浦源毛利率约15%，激光芯片占泵浦源BOM成本约10%，综合计算激光芯片市场规模约为激光器市场规模的2%，结合章节2.2中激光器市场规模，可以粗略估算出激光芯片市场规模。经估算，年全球激光芯片市场规模约为3.7亿美元，而年中国市场激光芯片市场规模约为2.6亿美元。

VCSEL是激光芯片未来最有前景的方向，汽车应用领域未来增长性最佳。根据Yole数据，年全球VCSEL市场规模为12亿美元，预计到年全球VCSEL市场规模将增长至24亿美元，CAGR达13.6%。细分应用领域来看，消费电子领域VCSEL市场规模将从年的约8亿美元增长至年的17亿美元，CAGR为16.4%，高于整个VCSEL行业增速；通信基础设施、工业领域不是未来VCSEL主要的增长方向，因此CAGR仅为5.6%、6.3%；医疗、国防领域尽管增速较快，但整体规模较小，预计年占整个VCSEL行业比例均不超过0.5%；汽车领域是未来VCSEL应用增速最快的方向，预计市场规模将从年的万美元增至年的万美元，CAGR高达.9%。

晶体材料市场规模变化趋势和超快激光器保持一致。晶体材料主要应用为固体激光器尤其是超快激光器的增益介质。由于晶体材料制作工艺技术壁垒高，因此长期以来相关生产商毛利率处于稳定较高水平，因此全球晶体材料市场规模增长趋势整体与全球超快激光器市场规模趋势基本一致，以晶体材料领域的龙头企业福晶科技的年度收入与全球超快激光器市场规模对比，二者基本保持同样变化趋势。细分领域来看，非线性光学晶体由于在超快激光器（尤其是紫外激光器）中的重要地位，市场需求增长更快。根据武汉文献情报中心数据，近年来全世界非线性光学晶体的销售额每年超过4亿美元，年全球用于全固态紫外激光器中的非线性光学晶体（仅LBO、BBO）市场空间约2.9亿元。未来随着高功率、短脉冲、短波长、高重复频率的紫外（深紫外）激光器在精细加工领域渗透率不断提高，晶体材料的市场规模将保持增长趋势。

运动控制系统方面，根据GlobeNewswire网站公布的《-全球运动控制市场份额、趋势、分析和预测》报告，年全球运动控制系统市场总规模达到亿美元，预计年至年，全球运动控制市场规模将从亿美元增至亿美元，复合增长率为5%。

3.3竞争格局

3.3.1激光芯片仍以国外企业为主，国内厂商正逐步追赶

从整个半导体激光行业来看，美国和欧洲起步较早，技术上具备领先优势，半导体激光芯片及器件厂商仍以国外企业为主，主要是贰陆集团（Ⅱ-Ⅵ）、朗美通（Lumentum）、IPG、恩耐（nLight）等国际巨头，上述企业同时从事下游的广泛业务，综合实力相对较强。国内厂商主要有长光华芯、武汉锐晶、华光光电、纵慧芯光等。

激光芯片领域以国外厂商为主导，国内厂商在全球市场份额仍较小。国外企业恩耐、IPG自产芯片仅用于生产自身下游产品，不对外销售；武汉锐晶是锐科激光关联方，其生产的激光芯片主要向锐科激光销售。根据长光华芯招股书估算，年长光华芯在全球市场的占有率为3.88%，在国内市场的占有率为13.41%，武汉锐晶在全球市场的占有率为2.15%，在国内市场的占有率为7.43%。长光华芯在国内市场占有率第一，居于国内领先位置。但放眼全球，一方面，与国际企业贰陆集团、朗美通在全球范围内相比，长光华芯等国内厂商收入体量较小，反应其综合实力仍有较大空间提升，但从长光华芯收入占主要三家企业合计营收比例来看，长光华芯在全球市场占有率逐年稳步提高；另一方面，在中国市场上与国际企业对比，长光华芯等国内厂商开始逐步占有一定市场份额，在国产替代的大背景下未来有望优先在国内市场实现较大增长。

从产品性能指标来看，长光华芯的高功率单管芯片性能指标已经接近世界领先企业水平。nm、nm（nm）波长的单管芯片主要用于下游光纤激光器的制造，而光纤激光器占工业激光器市场规模的比重较高，因此，这两种波长的单管芯片下游需求较大，是半导体激光行业的主流产品。激光芯片在一定的条宽范围下，功率及电光转换效率越高，波长种类越多，反映出技术水平越高，下游应用越广泛。根据长光华芯招股书提供数据，其高功率单管芯片在-μm的条宽范围内，公司目前高功率单管芯片输出功率可达到30W，电光转换效率可达63%，技术处于世界领先水平。

VCSEL工艺更为复杂，未来应用前景也更大，市场方面目前仍是国外企业占主导，国内厂商纵慧芯光、长光华芯等已经掌握VCSEL制造工艺技术并实现量产，正逐步追赶国际先进水平。Yole将VCSEL市场描述为“由两个巨头领导”，这是因为根据Yole数据，年朗美通和贰陆集团两家公司占据全球市场68%的市场份额，而到年这一数值增长到80%，其中贰陆集团年和年收入增速分别为92%、62%，均高于朗美通（年35%，年19%），贰陆集团收入迅速赶上朗美通得益于苹果和Finisar之前强大的供应关系，而Finisar于年被贰陆集团收购。另据Semiconductor数据，年全球VCSEL市场中，美国厂商合计占比72%，居于绝对主导地位，欧洲厂商合计占比20%，国产厂商仅纵慧芯光上榜，市占率为2%，纵慧芯光是华为Mate30Pro中VCSEL的主要供应商。

3.3.2晶体材料方面中国具有世界领先水平

在晶体材料方面中国具有绝对的世界领先水平，国内厂商福晶科技是非线性光学晶体世界龙头。1）中国和美国是全球激光晶体的主要生产国。中国激光晶体的研究和生产水平处于国际领先，福晶科技是全球最早开展Nd:YVO4批量生产的企业之一，目前是全球规模最大的Nd:YVO4晶体元器件生产企业，也是全球规模最大的Nd:YVO4+KTP胶合晶体生产企业（Nd:YVO4晶体和KTP等非线性光学晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率）。美国的VLOC、NorthropGrummanSynoptics等公司是大型激光晶体企业，加工技术和产品品质处于世界先进水平；2）中国是非线性光学晶体研究最早的国家之一，晶体生长技术水平处于世界领先水平，福晶科技是全球规模最大的LBO、BBO非线性光学晶体及其元器件的生产企业，在非线性晶体的生长方面处于全球领先水平，LBO、BBO等非线性晶体市占率稳居全球第一。除福晶科技外，LBO产品的其他供应商有：CristalLaser（法国）、RaicolCrystals（以色列）、EKSMA（立陶宛）等，BBO产品的其他供应商有：ClevelandCrystals（美国）、Inrad（美国）、EKSMA（立陶宛）等，KTP的其他供应商有：RaicolCrystals（以色列）、CristalLaser（法国）、EKSMA（立陶宛）等。LBO、BBO领域目前形成了以福晶科技为主导，俄罗斯、德国、以色列、美国等国企业共同参与的市场竞争格局。3）在深紫外领域，可用的非线性光学晶体目前只有两种，而只有KBBF晶体实现了实用化，KBBF同样是中国最早发现且技术领先世界。由于KBBF晶体的重要性，Nature期刊专门刊登了一篇题为“中国的晶体秘藏（China’scrystalcache）”的文章，介绍了KBBF晶体的发展，文章认为，在这个领域其他国家很难在短时间内缩小与中国的差距。

3.3.3运动控制系统在高端领域国内厂商有望进一步突破

1）激光振镜控制系统方面，国内主要公司有金橙子、长沙八思量等，国际公司有德国SCAPSGmbH、德国SCANLABGmbH等，根据金橙子招股书介绍，在激光振镜加工控制系统领域，金橙子年的市场占有率为32.29%，市占率处于行业领先地位。对比金橙子产品与国际厂商主流产品性能指标可知，金橙子产品从技术指标角度已经达到国际领先企业水平，但由于振镜控制系统拓展性较高、应用领域广泛，德国SCAPSGmbH、德国SCANLABGmbH等国际厂商凭借其先发优势及在前沿高端领域持续布局，在部分细分高端应用领域仍占据主导地位，如大族激光

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