光纤激光器推进工业加工领域工艺升级

光纤激光器性能提升与材料科技、制造科技进步之间存在双向驱动作用。为推进工业加工领域工艺进步，加强中国激光器厂商对高功率光纤激光器自主知识产权掌控力，光纤激光器厂商、研究机构、学术机构、工业加工主体之间需深化合作，政府需采取财政支持、税收优惠等措施，激励中国光纤激光器制造科技快速发展，扩大工业加工领域光纤激光器应用范围。

光纤激光器定义及分类

光纤激光器以光纤放大器为基础制成，是包括增益介质（光纤）、泵浦器件、谐振腔等组件的可稳定输出激光的受激辐射光放大装置。得益于大功率激光输出优势，光纤激光器逐渐被大规模应用于切割、焊接等工业加工领域，市场前景广阔。

光纤激光器可从物理结构、能量输出方式等角度出发，按增益介质种类、谐振腔结构、光纤结构、输出波长等方式划分类别。

光纤激光器分类

来源：头豹研究院编辑整理

中国工业加工领域光纤激光器成本结构及降本空间分析

中国光纤激光器生产成本包括直接材料采购成本、加工制造成本、人工及管理成本。直接材料成本约占总成本75%以上，制造加工成本约占10%以上。工业加工领域光纤激光器原材料成本由光学材料、电学材料及其他机械件采购成本构成。

以锐科激光为例，其光学材料采购成本占总成本超过60%，其中有源光纤占比超16%，无源光纤占比约7.1%。泵浦源及泵浦合束器材料占总成本比重最大，且随泵浦组件和芯片自主生产能力提升逐年变动。包括光子晶体、电子材料、外壳和其他辅助器件在内的机械组件材料采购成本平均约占总成本30%。

中国工业加工领域光纤激光器成本构成

来源：头豹研究院编辑整理

自主封装降本：

厂商可逐渐掌握COS芯片自主封装技术、热沉技术、微芯片技术。以创鑫激光为例，该公司结合COS芯片自主封装与泵源采购，泵浦源生产成本降低15%以上。通过导入大功率芯片，创鑫激光将泵浦源生产成本进一步降低约40%以上，无需向境外头部激光器厂商Lumentum采购泵浦源。

自主切割降本：

平均每单位芯片基础材料可切割成约20个芯片。厂商通过直接采购基础材料自行切割，相对购买单个芯片可降低成本约15%。

光纤光栅自主供应降本：

相对从境外市场采购光纤光栅成品，中国厂商通过自主生产光纤光栅可降低材料成本。以锐科激光为例，通过掌握光纤光栅关键技术并自主生产，锐科激光已可实现光纤激光器规模化生产。

合束器转型降本：

合束器可通过熔融拉锥方法将多束光纤合成一根光纤，可集合多根低功率光纤形成高功率光纤。其中，基于反向泵浦技术的泵浦合束器技术难度较高，厂商通过加强研发反向泵浦技术，可大幅提高光纤激光器功率，提高产品毛利率。相对境外采购方式，自主研发泵浦合束器可有效降低材料成本。

工业加工领域光纤激光器市场规模分析

光纤激光器在金属切割、打标、焊接、雕刻等方面已成为较为理想的主流加工光源，并在医疗、军事、航空航天等领域应用深化。2014年，全球范围工业加工领域光纤激光器销售规模占整体工业加工领域激光器销售规模比重突破35%。2016年，该项比重接近45%，且于2018年底突破50%。依托光纤激光器在效率、能耗等多方面的优势，结合固体激光器性能较难突破的背景，未来工业加工领域光纤激光器销售占工业激光器整体销售比重有望保持较快增长速度。

全球工业加工领域光纤激光器销售规模占工业激光器销售规模比重 ，2014-2018年

来源：头豹研究院编辑整理

中国工业加工领域光纤激光器应用分析

Ø 激光切割

激光切割方式包括激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧化切割及激光划片、控制断裂四种类型。其中激光氧化切割作业所需功率最低，切割速度高于激光汽化切割和激光熔化切割，可有效应对易氧化金属材料。激光划片、控制断裂切割激光器是创新型光纤激光器。光纤激光切割工艺相较其他热切割工艺在切割质量、速度、损耗、环境友好等方面具备多元优势。

Ø 激光焊接

工业加工领域光纤激光器焊接工艺以非接触式加工为特点，通常以振镜扫描方式进行焊接。光纤激光器焊接工艺多作用于体积较小、精密度较高的薄壁材料。其中，脉冲输出光纤激光器可产生毫秒量级脉冲，其峰值功率相对连续输出光纤激光器峰值功率高10 倍，电光转换效率更高，有利于工业焊接领域高效作业。光纤激光器焊接工艺创新可以ARM光纤技术为例。该技术以ARM新型光纤为基础，主要针对工业加工领域高速金属加工环境，为焊接过程飞溅现象提出解决方案。

中国工业加工领域光纤激光器应用

来源: 头豹研究院编辑整理

中国工业加工领域光纤激光器应用发展趋势

Ø 制造技术升级，采用材料创新

随相关制备技术、材料日渐成熟，光纤激光器输出功率将进一步提升，其稳定性、实用性增强，有助于推动工业4.0背景下激光器全光纤化进程。

①   背向反射保护技术：光纤激光器作用于金属材料易产生激光背向反射现象，造成激光损坏、模块损坏等不良后果。背向反射保护技术可通过专用剥离器分散或消耗反射激光；

②   智能化调谐系统技术：以远程智能控制系统为例，技术人员可远程诊断光纤激光器作业问题，指导远程维修，统计数据；

③   有机非线性复合薄膜材料：该种薄膜属于有机光学材料，可合成具有良好光学性能的光电子器件，应用于新型有机光纤激光器；

④   锥形光纤材料：锥形光纤材料更有利于控制激光偏振，可于1,563纳米至1,565纳米波长范围内实现有效调谐。

Ø 光纤激光技术产学研一体化推进

①    中国科学院光机所、中电集团第11研究所、国防科技大学、清华大学等学术研究机构已在光纤激光器研究方面取得初步成果，研究机构之间将通力合作，将研究成果从实验室阶段延伸至生产阶段；

②    科研院所研究人员需面向经济环境，基于光纤激光器生产水平和装备条件开展研究，以实际产品和工业加工领域激光设备作业流程作为研究对象；

③    安排企业技术人员到学术机构交流探访，为企业人才参与学术研究活动创造条件。

中国工业加工领域光纤激光器应用发展趋势

来源: 头豹研究院编辑整理

深度见解

当前，光纤激光器在中国工业加工领域广泛应用于切割、焊接、打标、雕刻等环节。相对固体、气体、液体激光器，光纤激光器具备制造成本较低、作业速度较快、光束质量较好等优势，且存在较大降本空间。工业加工领域光纤激光器材料技术、制造技术进步为激光器全光纤化进程打下良好基础。为配合中国在增材制造、绿色工业等领域战略目标，中国光纤激光器厂商需加速布局高功率光纤激光器产品，提高高端核心产品自主生产能力，把握尖端技术，赢得高附加值产品国际市场份额。

推荐阅读：

沙利文助力2019中国工业&电力电气智能制造高峰论坛，发表《沙利文2019年中国电力电气行业白皮书》

模具制造：引领数字工业潮流

行业见好，激光医美仍将持续驱动激光医疗器械市场增长