电子-激光渗透行稳致远助推制造业迈向更高端层级

本报告由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国(仅为本报告目的，不包括香港、澳门、台湾)提供，由中信建投(国际)证券有2021/6/152021/7/152021/8/152021/9/152021/10/152021/11/152021/12/152022/1/152022/22021/6/152021/7/152021/8/152021/9/152021/10/152021/11/152021/12/152022/1/152022/2/152022/3/152022/4/152022/5/15刘双锋liushuangfengAC执证编号：S1440520070002SFC中央编号：BNU539郭彦辉guoyanhuiAC执证编号：S1440520070009激光渗透行稳致远，助推制造业迈向更高端层级1、激光行业长期增长属性确定激光具有单色、准直、高亮度、高能量密度等优点，因此被广泛应用于工业、科研、医疗等领域。在我国激光行业长期增长属性更为确定，这是因为长期看，我国人口老年化日趋严重(2021年65岁以上人口占比高达14.2%)，由此造成的劳动力缺口需由更高效率的激光技术来弥补；中期看，我国制造业人均产值和美国等发达国家存在很大差距(美国为中国的2倍以上)，原因之一是我国制造业自动化程度还远低于美国等发达国家，激光在我国制造业中使用的权重还有待提高；短期看，我国制造业投资景气度向好，给激光进一步渗透提供了机遇。2、高技术壁垒助激光元器件企业稳享行业红利激光上游元器件领域多涉及“卡脖子”技术，如晶体、热沉、光学器件等均具有材料及工艺的较高技术壁垒。且核心元器件的性能直接影响中下游器件设备的可靠性，故其对中下游而言具有举足轻重地位，客户粘性强。元器件企业掌握相关技术后，新进入者很难在短期内形成竞争，因此行业竞争格局相对比较稳定。然而中美贸易摩擦引发供应链安全担忧，促使国内厂商和国外厂商的竞争格局稳定性被打破，换言之，给予了国内厂商更多竞争优势。如炬光科技的快轴准直镜产品目前市占率已达70%以上，预制金锡材料的国内市占率也在快速提升，长光华芯的激光芯片国内市场份额也已达13%以上，预计未来份额扩大速度将更快。3、激光器领域国产替代仍是重点方向中低功率光纤激光器已基本实现国产替代，高功率光纤激光器目前国产化率为50%。超快激光器八成市场份额仍被国外厂商占有。2021Q4国内激光器厂商龙头锐科激光在国内市场份额首度超过IPG跃居第一。未来国内激光器厂商获得增长的最主要驱动仍然是国产替代。但同时也存在新的挑战，实际应用场景对高功率产品的可靠性要求比中低功率产品更高，同时高功率产品面向的客户对价格敏感度相对更低，故中低功率产品市场上行之有效的价格战策略应用到高功率市场料将大打折扣。总体而言，高功率产品的技术突破和客户导入都会是更循序渐进的过程，对此需保持耐心。4、细分高成长赛道为激光设备企业打开增长新通道尽管激光下游设备领域竞争十分激烈，但应用市场不断有新兴高成长的细分赛道出现，如光伏、锂电等，具有敏锐触角且能快速抢占相关市场的设备企业将凭此获得周期性的高成长，如海目星、联赢激光未来3年收入CAGR达50%以上(Wind一致预期)。此外，行业龙头公司凭借综合性优势抵御细分行业周期波动的韧性更强，故成长更为稳定，如大族激光未来3年收入CAGR达40%。市市场表现27%%-13%-33% 上证指数相关研究报告 电子电子页的重要声明5、重点关注标的：1)炬光科技，上游元器件核心供应商，激光雷达发射模组及家用医美业务爆发在即；2)长光华芯，半导体激光芯片国内龙头，VCSEL已通过客户验证并获得量产订单；3)福晶科技，晶体材料(固体激光器核心元件)技术水平世界领先，LBO和BBO等非线性光学晶体市占率稳居全球第一，未来固体激光器在精细微加工领域加速渗透将使公司深度受益；4)德龙激光，专注于半导体及光学、显示、消费电子等领域的精密激光加工设备，半导体晶圆切割、显示玻璃切割等领域将由更具优势的激光隐形切割替代传统工艺，激光微加工渗透率持续提升助公司维持高成长；5)光峰科技，主营产品激光光源(电视、影院领域)市场份额位居行业第一，车载显示领域为华为最新座舱DEMO车提供车载天幕，激光显示整机(激光电视、工程、商教等领域)市占率位居行业前三。激光显示渗透提升助力公司迈向高成长。6、风险提示：宏观经济超预期下行拖累需求；出现更先进的替代性技术；新冠疫情及地缘政治风险。 3 2 电子电子页的重要声明1一、激光行业长坡厚雪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，这便是激资料来源：中信建投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0.001弧度，接近平行。1962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。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。2021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，2020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。电子电子页的重要声明2化排名18.40%23.30%32.77%4452.55%2.28%861.69%671.47%48加利亚1.32%209水平球1.25%0.83%30%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。350300250200500中国韩国日本美国%%中国美国日本德国资料来源：Wind，中信建投资料来源：前瞻经济学人，中信建投从短期视角来看，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2020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。电子电子页的重要声明36-036-077-037-078-038-079-039-076-036-077-037-078-038-079-039-070-030-071-031-072-036-036-087-017-068-048-099-029-070-051-031工业机器人产量(万台/套)图表7：金属切削机床产量(万台)量:工业机器人:当月值876543210产量:金属切削机床:当月值资料来源：Wind，中信建投资料来源：前瞻经济学人，中信建投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略性新兴产业发展规划》、《高端智能再制造行动计划(2018-2020)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2035年远景目标纲要》等。容、域，推动关键核心技术突破。。增材制造装备、核心器件及软件质量。提升激光/电子束高效选区熔化、大光及电子束送粉/送丝熔化沉积、液态金属喷墨打印等增材制造装策再制造行动计划(2018-2020)年》产业发展行动计划(2017-2020年)》兴产业重点产品门0777电子电子页的重要声明476665321总局委和服务指导目录(2016版)》五”先进制造技术领》五”国家战略性新兴五”国家科技创新规企业认定管理办”2025》术研究发展计划(863计划)以及国家科技支撑计划制造领域2014年度备征集指南》材料和关键元器规划》发展的高技术产业化重点领域指南(2011年件、固态激光材料、稀土激光晶体、激光导引小车(LGV)、激光卫星通信应用、术水平。研制推广使用激光、光纤服务业。、，开发先进激光制造应用技术和装展的重大共性需求，形成一批制造业创新中心(工业技术研究孔的需求，攻克金属UV-LIGA(紫外光-光刻电铸成型)的设计制造关键技术、。，推进高性能的红外焦平面器件、高分辨率砷化铟镓(InGaAs)探测器产业化。电子电子页的重要声明5、、校准标准仪器等列为重点领域。《国家中长期科学和技术发将激光技术列为重点支持和部署的前沿高新技术行列。展规划纲要(2006-2020年)》6电子电子页的重要声明6.1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、能量密度电子电子页的重要声明7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，2020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《2021中国激光产业发展报告》，2020年中国工业激光器市场规模中光纤激光器占比达67%。市场规模占比100%80%60%40%20%0%光纤激光器固态激光器16.7%16.2%15.7%51.5% 2018气体激光器半导体/准分子激光器光纤激光器半导体激光器CO2激光器其他激光器100%80%60%40%100%80%60%40%20%0%16%2%22%15%13%11%51%55%60%65%67%15%3%17%18%14%19%6%13%18%2016201720182019202015.0%16.3%15.4%15.0%16.7%15.6%53.3%52.7%2019 2020项目CO器光器光器波长(微米)数值越小加工能0.9~1.0数值越大，效率55(%)光束质量(4/5kw)数值越小，光束好658<2.5输出功率(kw)数值越大，加工00输出光纤(微米)数值越小，使用便00300多越灵活数值越小适应性>4m2<1m2<1m2体积越小适用场多大范围越广适应性数值越大,维护5050成本数值越小,运行1电子电子页的重要声明8(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。资料来源：IPG官网，中信建投(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。资料来源：IPG官网，中信建投页的重要声明9(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。激光产业链上游是元器件生产商，中游是各类型激光器制造商，下游是激光加工设备商。在主要的激光器类型中，光纤激光器和固体激光器通过被集成在激光加工设备中的方式应用于下游切割、焊接、打标等领域；半导体激光器可直接应用于下游领域，也可用作光纤激光器和固体激光器的泵浦源。由于激光器是产生激光的核心装置，而输出激光的稳定性、质量直接影响激光加工设备的品质和使用效果，因此激光器是激光加工设备的心脏，整个激光产业链围绕激光器的生产、应用展开。电子电子页的重要声明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，CAGR达6.1%；另据LaserFocusWorld数据，中国激光器市场规模从2017年的69.5亿美元增长至2021年的129亿美元，CAGR达13.2%。图表17：2016-2022全球激光器总收入及预测(亿美元)图表18：2017-2022中国激光器市场规模及预测(亿美元)25020000500总收入增速(右轴)30%25%20%15%10%5%0%-5%市场规模160增速(右轴)40%11030%6020%10 -40201720172018201920202021202202020212022E0%201620172018201920202021E2022E从增速看，全球和中国激光器市场规模同比增速均呈现下降趋势，但中国激光器市场规模增速仍保持两位数增长。除2020年受疫情影响外，中国激光器市场规模增速一直高于全球水平，主要系中国下游市场需求持续旺盛，经济增长动力更强。中国激光器市场规模占全球比例持续提升，从2017年的50%升至2021年的70%。页的重要声明3.8%12.6%5.7%13.8%24.5%39.6%材料加工与光刻市场通信与光存储市场科研与军事市场医疗与美容市场仪器与传感器市场娱乐，显示与打印市场0%201720182019202020212022E %从细分市场来看：.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2020年达27.2亿美元，但2019年后增速大幅下滑甚至2020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。2014-2018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%。2018-2020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2020年达94.2亿元，2014-2018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。2018-2020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。30201002013市场规模增速(右轴)202040%30%20%10%0%销售收入增长率(右轴)0080604020020142015201620172018201920202021E50%40%30%20%10%0%2014 201520162017 201820192半导体激光器根据LaserFocusWorld数据，预计2021年全球半导体激光器市场规模达79.5亿美元，从2016年的48.4亿美元增至2021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2021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。页的重要声明100806040200201620172018201920202021E2022E固体激光器泵浦源直接应用类器件/系统固体激光器泵浦源光纤激光器核心组件002019202020212022202320242025ted3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2016年的6.4亿美元增至2020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2016年的6.2亿元增至2020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。图表25：2016-2020年全球超快激光器市场规模(亿美元)图表26：2015-2021年中国超快激光器市场规模(亿元)全球超快激光器市场规模占全球激光器市场规模比重(右轴)2016%2012%8%84%40%0%20162017201820192020353025201510502015201620172018201920202021ELaserFocusWorld资料来源：《2021中国激光产业发展报告》，中信建投页的重要声明7：2015-2021年国产皮飞秒激光器出货量及预测(台)40003000200010000出货量增速(右轴)500%400%300%200%100%0%2015201620172018201920202021E综合来看，全球激光器市场规模增速趋缓，主要增长点来自中国市场，中国激光器市场规模占全球市场比例逐年上升，预计2021年达到70%。细分市场来看，a)宏观加工领域占主角的光纤激光器全球市场规模在2019年后增速大幅下降，2020年甚至转负，主要系中国厂商份额逐步提高带动价格下降所致，而中国市场规模仍保持两位数增长水平；b)全球半导体激光器市场规模复合增速约为10%，预计未来仍将平稳增长；c)以超快激光器为代表的固体激光器在全球及中国市场规模增速均高于激光器整体增速，是激光市场最突出的增长点，其中中国市场2016-2020年复合增速达45%，高出全球水平15.5pcts，预计未来随着全球制造业进一步向高精尖方向发展，超快激光器市场规模将延续高增长态势，中国市场凭借更大的下游市场将持续保持比全球更高增速。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。光纤激光器国产替代进入攻坚期，未来将聚焦高功率12%12%4%8%9%17%50%IPG锐科激光LumnetumFujikura其他0enttFutureMarketInsights资料来源：Wind，中信建投电子电子页的重要声明20172018201920202017201820192020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FutureMarketInsightsFujikura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2018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2008年到2018年收入维持增长，从15.66亿元增至93.14亿元，CAGR达14.7%。但2018年后全球经济放缓，国际贸易摩擦不断，2019年IPG收入下滑8.5%，2020年世界范围内的疫年水平。而国内厂商起步较晚，2014-2018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，2014-2018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%。2018-2021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，2017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2021年为28.1%，此间市占率减少24.6pcts，但截止2021Q3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2017年的12.1%、10.3%升至2021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，2021Q4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2022年将保持国内市占率第一的IPG锐科激光创鑫激光其他IPG锐科激光创鑫激光其他0100%80%60%40%20%0%Wind中信建投资料来源：《2021中国激光产业发展报告》，中信建投国产替代未来将聚焦高功率方向。根据武汉文献情报中心数据，在国内市场从功率角度来看，低功率(1-3kW)的国产光纤激光器整体产品因质量好、性价比高、售后服务及时等因素，整体出货量已经超过国外同功率段产品出货量，2021年国产化率已达到90%以上；2017年后随着国产厂商的技术不断突破，中功率(3-6kW)的国产光纤激光器出货量迅速提升，2018-2021年出货量CAGR达152%，2021年中功率光纤激光器国产化率已达87%；而高功率(6-10kW)市场目前正处于国产替代的关键时期，2021年国产出货量基本与进口持平，随着核心元器件的自制率及国产化率提高，国产高功率光纤激光器的成本将持续优化，目前及未来短时间内价格竞争电子电子页的重要声明仍将十分激烈，我们预计接下来几年凭借成本优势，高功率段光纤激光器的国产化率将继续朝更高水平上升；超高功率(10kW以上)市场上，国外厂商推出产品较早，由于工艺积累深厚，产品成熟度更高、可靠性更强，且相比于价格，客户对产品质量重视度更高，故国产化率虽然2020年已达43%，但进一步提高仍需要一段时间。(1-3kW)光纤激光器国产化情况图表33：中功率(3-6kW)光纤激光器国产化情况50000100%30000100%4000080%2500080%3000060%060%2000040%1000040%1000020%500020%080%21E080%E19090率(6-10kW)光纤激光器国产化情况图表35：超高功率(>10kW)光纤激光器国产化情况国产500060%350060%400050%30002500200050%40%3000200040%30%20%1500100020%100010%50010%080%E080%E9090利率-9065-40-9065-4063-58060402001kW3kW6kW10kW 25-30%20-25%40% % 电子电子页的重要声明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。快理光光光心业成型、激光加工、水射流切割以及折弯等。生产工艺控制设备供应商MKS仪器收购，产品主要包括超快激光器、高能量脉冲激光器、连续可调谐/超窄线宽等。成功应用于工业激光精密加工和科学研究领域。2019年7月，国神光电被锐科激光(300747)收购，成为锐科激光子公司。及以激光模组形式为客户提供定制化微加工解决方案。激光器、光纤飞秒激光器、光纤/固体亚纳秒激光器、科研级激光器等。级激光器。产品主要有纳秒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。电子电子页的重要声明内公司产品性能对比(纳秒、皮秒级)围量光束质量M²快kHz1.2W0~1,000kHz50μJ1.3WW00μJ1.3WWkHz00μJ1.3光HzJ1.2W光Hz00μJ1.3W光zJ1.3W激光围量光束质量M²围量光束质量M²~1,000kHz1.245W~1,000kHz1.20~1,000kHz1.31.3Hz1.3WμJ1.3kHz1.2W0~1,000kHz1.3z00μJ1.2WHz1.2kHz~1Hz1.3WkHz~1Hz1.2z00μJ1.3z1.3页的重要声明内公司产品性能对比(飞秒级)围量光束质量M²快00W00μJ1.2W~1000W1.2W最高为z1.2W20W00k1.2光20Wz1.250KHz20光Hz00μJ1.3zMHz00μJ1.31Hz2MH量光束质量M²围量光束质量M²kHz1.2W1.2zμJ1.2zJ<1.31.2息息息Hz1.2息息z1.3z1.3z1.3围激光电子电子页的重要声明三、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。页的重要声明资料来源：长光华芯招股书，中信建投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比EEL具有更多技术优势。根据《垂直腔面发射激光器——原理、制备及测试技术》一书介绍，VCSEL不同的结构和制造工艺决定了其具有诸多不同于EEL的特点，这些特点也为VCSEL带来了许多技术上的优势。1)低阈值电流：VCSEL仅需要亚毫安量级的阈值电流，以及在一些实际应用只需要毫瓦量级的输出功率时，VCSEL只需要很小的驱动电流，这大大降低了器件的功耗，并使得驱动部分的电路设计更简单容易。2)波长稳定性：VCSEL激射波长随温度的变化率仅为EEL的1/5，VCSEL的激射波长由谐振腔的光学厚度决定，而材料的折射率和热膨胀系数随温度变化很小，使得温度对光学厚度的影响较小，进而波长随温度的变化较小。EEL的激射波长由材料的增益谱峰值决定，而材料的增益随温度的变化较明显，因而波长随温度的变化较大。VCSEL激射波长随温度的漂移率只有0.07nm/K，而EEL为0.2nm/K。3)高调制带宽：得益于VCSEL极小的谐振腔尺寸，可以得到较大的弛豫振荡频率，因此调制带宽较宽，调制带宽已远远大于20GHz。页的重要声明4)光束质量：由于VCSEL可以反射出圆形光斑，因此，通过适当结构设计的VCSEL可以发出单横模光束。与EEL相比，这种优异的光束质量大大降低了光束耦合和光束整形系统的复杂性和成本，与光纤耦合效率5)易于制作二维集成器件：VCSEL的一个关键优势是可以制作单片集成的二维阵列用于高功率输出，而EEL无法实现这一点。6)可大批量生产：VCSEL的制备和封装工艺基本上与LED互相兼容，良品率较高。7)可靠性：VCSEL不受光学灾变损伤的影响，其可靠性远高于EEL，VCSEL的寿命已高于107h。资料来源：Yole，中信建投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，2017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，2021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2026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。页的重要声明 omotive omotiveobilityomandastructure%ileandermotivemotiveobility4%omandastructureileander%资料来源：Yole，中信建投资料来源：Yole，中信建投料晶体是指原子、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。到的激光晶体和非线性光学晶体(倍频晶体)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，而且页的重要声明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。离子离子子氧化物晶体体体ScGaOGSGGAlO体晶体COB资料来源：搜狐网，中信建投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。电子电子页的重要声明过范围/nm倍频波长/nmmm0d1=1.4BBOd2=1.6d=0.965mml600d=1.04d=0.068O2342md=0.958d=0.485Fd=0.49BFd=0.45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页的重要声明出功率提供了硬件条件。掺掺杂元素质玻璃激光波长5nm钕璃磷硅酸盐玻璃1018nm镱酸盐玻璃铒石英玻璃1930nm铥ZBLAN玻璃m1200nm钬m镝玻璃GeAsSZBLAN玻璃氟铝酸盐玻璃.3mm92nm522nm镨玻璃eAsGaSem电子电子页的重要声明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。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。资料来源：金橙子招股书，中信建投资料来源：柏楚电子招股书，中信建投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。按照技术路线划分，激光加工运动控制