一、行業(yè)總述

激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點——能量集中，應用范圍廣泛，安全可靠，精確細致。我國的激光產(chǎn)業(yè)與《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)五大領(lǐng)域密切相關(guān)。目前，國內(nèi)激光器行業(yè)處于快速成長階段，龍頭企業(yè)已實現(xiàn)大功率光纖激光器技術(shù)突破，有望較快占領(lǐng)國內(nèi)市場并實現(xiàn)出口，拉動相關(guān)行業(yè)公司快速成長。

1.1 行業(yè)定義

1.1.1 激光器的原理

激光器由泵浦源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的增益介質(zhì)、諧振腔等元件組成。以半導體泵浦光纖激光器為例，激光器產(chǎn)生激光的具體過程可以詳細拆分為以下五步：

第一步，導入泵浦光，半導體激光器作為激光器泵浦源發(fā)射具有一定線寬的泵浦光，通過合束器后進入光纖；

圖：IPG光纖激光器泵浦源—單芯結(jié)半導體模塊

資料來源：IPG宣傳資料，九鼎投資

第二步，給增益介質(zhì)賦能，增益光纖吸收特定波長的泵浦光從而使得粒子向上發(fā)生能級躍遷達到亞穩(wěn)態(tài)；

第三步，自發(fā)輻射形成光子，亞穩(wěn)定狀態(tài)粒子自發(fā)向下躍遷釋放能量，產(chǎn)生方向和相位各異的光子；

第四步，受激輻射實現(xiàn)光放大，沿軸線運動的光子可以在反射鏡（光柵）之間來回往復運動（非沿軸線光子很快逸出），而光子每次遇到增益介質(zhì)的高能（亞穩(wěn)態(tài)）粒子時都能令增益介質(zhì)粒子釋放能量產(chǎn)生同質(zhì)光子，從而達到光放大效果；

第五步，激光輸出，達到一定要求后實現(xiàn)連續(xù)或者脈沖形式的激光輸出。

圖：激光器的構(gòu)造原理，IPG光纖激光器結(jié)構(gòu)圖

資料來源：《激光器原理與技術(shù)》，IPG宣傳資料，九鼎投資

1.1.2 激光器的分類

激光器較為常見的分類有四種，即按增益介質(zhì)、輸出功率、工作方式和脈沖寬度區(qū)分。

?按照增益介質(zhì)：激光器的增益介質(zhì)包括氣體、液體和固體，特定增益介質(zhì)決定了激光波長、輸出功率和應用領(lǐng)域。氣體中具有代表性的是CO2氣體激光器，固體中具有代表性的包括紅寶石激光器、半導體激光器、光纖激光器和YAG 激光器等。

?按照輸出功率：可以分為小功率（0-100W）、中功率（100-1KW）、高功率（1KW 以上）；但有時也將100-1.5KW 范圍內(nèi)定義為中功率。不同功率的激光器適應的應用場景不同。

?按工作方式：可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。連續(xù)激光器可以在較長一段時間內(nèi)連續(xù)輸出，工作穩(wěn)定、熱效應高。脈沖激光器以脈沖形式輸出，主要特點是峰值功率高、熱效應??；根據(jù)脈沖時間長度，脈沖激光器可進一步分為毫秒、微秒、納秒、皮秒和飛秒，一般而言，脈沖時間越短，單一脈沖能量越高、脈沖寬度越窄、加工精度越高。

?按輸出波長：可分為紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等。不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長范圍不同，例如金屬對近紅外光吸收率較高。

表：主要類型激光器比較

資料來源：根據(jù)通快產(chǎn)品手冊翻譯整理，九鼎投資

1.1.3 光纖激光器用于材料加工優(yōu)勢突出

光纖激光器推動激光加工方式朝廣度和深度發(fā)展。在傳統(tǒng)領(lǐng)域，大功率激光器促進激光設(shè)備對航空航天、交通運輸?shù)雀叨搜b備在切割、焊接、打標等環(huán)節(jié)的滲透。在新興領(lǐng)域，光纖激光器拓寬了激光加工深度，形成增量市場，主要包括在消費電子、光伏、鋰電池、半導體等領(lǐng)域的精密加工。

從技術(shù)角度來看，光纖激光器相比其他激光器優(yōu)勢突出。光纖激光器用于加工的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在：1）光束質(zhì)量好，容易達到大功率。2）光纖表面積大，散熱好。3）光路完全封閉，穩(wěn)定性較好，壽命長且維護較少。4）體積小，可實現(xiàn)柔性傳輸。5）波長在700nm-2000nm的范圍內(nèi)，在材料加工領(lǐng)域具有適用性更廣。

從成本角度來看，光纖激光器性價比優(yōu)勢極高，以CO2激光器作為對比：

1）光纖激光器由于光束質(zhì)量高，材料吸收率高，所以加工速度更快，以薄板切割為例，光纖激光切割速度可達到同等功率CO2激光切割的2-3倍；

2）光纖激光器的電光轉(zhuǎn)化率高達30%以上，工作耗電低，而CO2激光的光路完全依靠反射鏡傳播，光路衰減快，能量損失較多，電光轉(zhuǎn)化率在10%以下；

3）光纖激光器結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，外光路免維護，平均無故障時間超過10萬小時，基本無耗材。CO2激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，反射鏡和諧振腔需定期維護，渦輪機軸承更換費用昂貴，維護成本高。

取市場上的千瓦級工業(yè)激光器的主要性能參數(shù)對比，相對于其他激光器，光纖激光器具有輸出激光光束質(zhì)量好、能量密度高、電光效率高、使用方便、可加工材料范圍廣、綜合運行成本低等技術(shù)性能和經(jīng)濟性能等方面的優(yōu)勢，因此廣泛應用于雕刻/打標、切割/鉆孔、熔覆/焊接、表面處理、快速成形等材料加工和光通信等領(lǐng)域，被譽為“第三代激光”，具有廣闊的應用前景。

表：千瓦級工業(yè)激光器的主要性能參數(shù)對比

資料來源：創(chuàng)鑫激光招股說明書，九鼎投資

1.2 產(chǎn)業(yè)鏈示意圖

激光涉及光、電、通信、機械等多學科，產(chǎn)業(yè)鏈自上而下包括光學材料及光電元器件、激光器、激光加工設(shè)備和下游激光應用領(lǐng)域。

圖：激光產(chǎn)業(yè)鏈示意圖

資料來源：行業(yè)公開資料整理，九鼎投資

1.3 主要法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策

二、需求側(cè)分析

2.1 市場需求持續(xù)增長的驅(qū)動因素

2.1.1 激光加工時代到來，替代傳統(tǒng)加工方式

根據(jù)Optech Consulting統(tǒng)計，2017年全球用于材料加工的激光設(shè)備規(guī)模達到169億美元，同比大幅增加30%。此外，材料加工激光設(shè)備出現(xiàn)替代傳統(tǒng)機床的趨勢，2009-2017年激光設(shè)備的CAGR高達15.9%，而同期機床裝備的CAGR僅5.4%。激光加工在傳統(tǒng)領(lǐng)域的滲透替代才剛開始。近年來，國內(nèi)工業(yè)激光加工應用市場不斷擴大，在紡織、服裝等輕工業(yè)，汽車制造業(yè)、航空、動力、能源等重工業(yè)不斷滲透，獲得了較快的發(fā)展。

圖：近十年全球材料加工用激光設(shè)備增加速度高于機床增加速度

資料來源：Optech Consulting，九鼎投資

細分到具體應用行業(yè)，2018年全球工業(yè)激光器市場規(guī)模47.2億美元，同比增速9.5%，占整體激光器需求比例36.2%，較2017年的34.7%提升了1.5個百分點，成為激光器最大的應用市場。

資料來源：公開數(shù)據(jù)，九鼎投資

通過數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，從2016年開始，工業(yè)激光器市場增量已經(jīng)超過整體激光器需求增量，即工業(yè)激光器領(lǐng)漲整體激光器需求量。根據(jù)Industrial Laser Solutions數(shù)據(jù)，工業(yè)激光器中，2017年光纖激光器市場份額提升至47.3%，占據(jù)主導地位。2010年，光纖激光器僅占工業(yè)激光器銷售額的11%，也由此可以看出，工業(yè)激光器近幾年的高速增長得益于光纖激光器的飛速發(fā)展。光纖激光器市場增速亦逐年提升，且增速超過工業(yè)激光器的增速。

2.1.2 中國將成為全球激光器需求的增長極

中國將成為全球需求的增長極，將有利于培育具有國際競爭力的本土企業(yè)。根據(jù)Optech Consulting數(shù)據(jù)，2013年中國大功率材料加工設(shè)備占比全球比重僅為18%，2016年上升到23%，且預計到2025年，中國大功率材料加工設(shè)備占全球比重將達到35%。在激光行業(yè)的高速發(fā)展過程中，中國本土將有望誕生具有國際競爭力的公司，國內(nèi)激光器行業(yè)龍頭更進一步。

受益于國產(chǎn)替代加速，中國激光設(shè)備市場規(guī)模增速將高于全球平均水平。預計到2023年，中國激光加工設(shè)備市場規(guī)模將達到約850億元人民幣，對應2017-2023年的CAGR為15.6%，高于全球的12.7%。

圖：全球激光加工各主要應用下游 2017-2023年仍將保持高速增長

資料來源：Optech Consulting，Strategies Unlimited，九鼎投資

2.2 市場總體規(guī)模及增速

2018年全球激光器市場規(guī)模增長至130.6億美元，比2017年的124.3億美元增長5.1％，全球制造業(yè)市場經(jīng)過平穩(wěn)發(fā)展后逐漸恢復增長,假設(shè)2019-2025年以年均15%速度增長。隨著制造業(yè)設(shè)備的升級，預計2025年全球激光器市場規(guī)模將達到約350億美元。

2018年中國激光器的銷售額增長至59.2億美元，比2017年的銷售額47.5億美元增長45.3％，預計2025年中國激光器銷售額將達到243億美元，年化復合增速約22%。屆時，中國激光器市場份額占比全球也將進一步提升，預計2025年占比將達70%。

資料來源：公開數(shù)據(jù)，九鼎投資

預計2019-2025年全球光纖激光器市場規(guī)模將增至66億美元，年化復合增長率達17%。亞太地區(qū)已經(jīng)并將繼續(xù)成為光纖激光器發(fā)展的主要助推力，市場規(guī)模將進一步擴大。中國光纖激光器市場在2018年市場規(guī)模為9.5億美元，占全球光纖市場規(guī)模的42.8%，預計中國光纖激光器市場在2025年的市場規(guī)模將增至51億美元，占比全球光纖市場規(guī)模約77%，7年復合增長率達27%，此強勁增長主要由于宏觀經(jīng)濟發(fā)展、制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級（活躍的制造業(yè)市場、工業(yè)激光設(shè)備主力市場），以及有利的國家政策支持。

資料來源：公開數(shù)據(jù)，九鼎投資

圖：2017年，中國VS全球光纖激光器市場競爭格局

資料來源：《2018中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，九鼎投資

三、供給側(cè)分析

3.1 競爭格局和產(chǎn)業(yè)鏈主要參與者

表：全球主要的激光器供應商

資料來源：各公司官網(wǎng)，九鼎投資

3.2 激光器國產(chǎn)化趨勢加速

受益于國內(nèi)激光器企業(yè)的技術(shù)突破，國內(nèi)小于100W的低功率光纖激光器已基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，100W-1500W之間的光纖激光器國產(chǎn)化率也超過了60%，但功率大于1500W的光纖激光器國產(chǎn)化還比較低，仍大量依賴進口。

表：我國光纖激光器國產(chǎn)化率

資料來源：《2018年激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，九鼎投資

近五年來，隨著光纖激光器的國產(chǎn)化，低功率激光器價格已有較大幅度下降，高功率產(chǎn)品的價格仍比較高昂。雖然從數(shù)量上來說，高功率僅占4.3%，但其銷售額占全部光纖激光器的20%左右。隨著國內(nèi)光纖激光器企業(yè)的技術(shù)突破，國內(nèi)高功率光纖激光器大概率將復制中低功率激光器進口替代的過程，國產(chǎn)化率提升，價格下降，是未來幾年國內(nèi)光纖激光器的重要趨勢。

3.3 主要元器件是國產(chǎn)化關(guān)鍵

泵浦源封裝、合束器、隔離器、中功率光纖光柵、激光傳輸組件等激光器零部件已經(jīng)基本國產(chǎn)化，泵浦源芯片、增益光纖、光柵等是國產(chǎn)化的關(guān)鍵。

3.3.1 泵浦源（成本占比30%）

泵浦源是激光器的核心器件之一，占光纖激光器成本比例高達30%。高功率光纖激光器需要高功率泵浦源的支撐，而半導體激光器具有體積小、重量輕、電光轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、可靠性高和壽命長等優(yōu)點，因此半導體激光器（LD泵浦源）是光纖激光器的主流泵浦源。

激光芯片是半導體泵浦源的核心部件，其功率高低和性能穩(wěn)定性直接影響輸出激光性能。但激光芯片是國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)鏈十分薄弱的環(huán)節(jié)，長期以來我國高功率激光芯片幾乎全部依賴進口，進口價格相對較高并且存在技術(shù)封鎖，國內(nèi)激光器廠商開始偏好于采購國產(chǎn)激光芯片。隨著市場對高功率光纖激光器需求的提升，激光芯片的國產(chǎn)替代為大勢所趨。

表：全球主要高功率半導體激光芯片廠商

資料來源：各公司官網(wǎng)，九鼎投資

國內(nèi)多數(shù)LD泵浦源企業(yè)只具備芯片封裝技術(shù)，國內(nèi)極少數(shù)具備激光芯片設(shè)計制造能力的企業(yè)盈利能力更值得期待。美國Lumentum、德國歐司朗和長光華芯等公司具備高功率激光芯片制造能力且可以外銷，而美國IPG，德國通快可以制造該類芯片但不對外銷售。國內(nèi)廠商大多都是外采芯片做封裝，實際上不具備自產(chǎn)芯片的能力，國內(nèi)極少數(shù)可以自主設(shè)計制造高功率激光芯片的廠商將迎來難得機遇。目前，長光華芯可以生產(chǎn)12W、13W、15W、60W、100W、300W的6種高功率激光芯片，nLight可以生產(chǎn)15-400W的69種二極管激光器。

3.3.2 特種光纖（成本占比20%）

特種光纖區(qū)別于普通光纖的核心特征是在特定波長上使用，摻鐿光纖用于光纖激光器和光纖放大器的增益介質(zhì)，無源光纖用于耦合器，尾纖等其它光器件。

大雙包層摻鐿光纖及雙包層無源光纖特種光纖長期被國外壟斷，限制了國產(chǎn)高功率激光器的進展。如美國Nufern公司等。國內(nèi)以睿芯光纖、長飛光纖等為代表實現(xiàn)國產(chǎn)化的重要突破。睿芯光纖的特種光纖產(chǎn)品分為雙包層大模場有源光纖（摻鐿鉺等稀有金屬）、雙包層大模場無源光纖、橢圓包層型保偏光纖、熊貓型保偏光纖等。長飛雙包層20/400摻鐿光纖在中功率的轉(zhuǎn)換效率達到67%，1400W輸出的功率波動極其穩(wěn)定。

國內(nèi)光纖激光器龍頭企業(yè)銳科激光，通過收購睿芯光纖向上游整合，銳科激光2017年-2018年H1核心供應商采購額如下表所示。

表：銳科激光核心供應商信息（單位：萬元）

資料來源：銳科激光公開資料，九鼎投資

表：全球主要光纖企業(yè)核心器件自產(chǎn)情況

資料來源：IPG、銳科、創(chuàng)鑫、Coherent年報，九鼎投資

四、行業(yè)發(fā)展趨勢及特征

1、激光器位于激光產(chǎn)業(yè)鏈中樞位置，中國已成為全球規(guī)模最大、增速最快的激光器市場

激光器是終端激光設(shè)備的核心光學部件，位于全產(chǎn)業(yè)鏈的中樞位置。同時，從成本角度來看，激光器成本約占設(shè)備總成本的30%-50%，為激光設(shè)備價值量最高的核心部件。

預計到2025年，中國激光器市場規(guī)模將達到約240億美元，年化復合增速將保持在22%左右。屆時，中國激光器市場占全球比例或達70%。

2、工業(yè)領(lǐng)域成為激光器需求增長的核心貢獻者，高功率的趨勢愈發(fā)明顯，高光束質(zhì)量、對能量分布和邊緣處理具備較強設(shè)計能力的公司的產(chǎn)品將獲得更優(yōu)異競爭力

2016年開始，工業(yè)激光器市場增量已經(jīng)超過整體激光器需求增量，成為市場角逐的焦點。2018年，全球工業(yè)激光器市場規(guī)模已超47億美元，占整體激光器需求的約36%，成為激光器最大的應用市場。

隨著下游對激光性能的要求日益提高，各廠家都在向附加值更高的高功率激光器發(fā)展。以占全球光纖激光器份額60%的IPG為例，2018年報披露數(shù)據(jù)，公司2000W以上的高功率激光器銷售額達到9.1億美元，占總銷售額的62.3%。

資料來源：公開數(shù)據(jù)，九鼎投資

圖：不同行業(yè)應用對光束質(zhì)量和功率的需求

資料來源：創(chuàng)鑫激光，九鼎投資

3、國產(chǎn)超快激光器崛起，細分賽道大有可為

激光器按照其光脈沖的單位分類，普通脈沖激光的單位是微秒（μs，10的負6次方秒），千瓦（KW）。調(diào)Q激光的單位是納秒（ns，10的負9次方秒），兆瓦（MW）。而鎖模激光的單位是皮秒（ps，10的負12次方秒）和飛秒（fs，10的負15次方秒），千兆瓦。

超快激光器可以將光能集中，在皮秒至飛秒的時間間隔內(nèi)，將光聚焦到小空間上，并可以在在不破壞底層區(qū)域的情況下，從材料表面快速、清潔地燒蝕材料。超快激光器在超快過程中最重要的一環(huán)技術(shù)是：脈沖壓縮技術(shù)。脈沖壓縮技術(shù)是用于克服材料折射率隨波長變化引起的色散效應。

超快激光因其具有超快速度和超高峰值等特性，可將能量快速、準確的集中在作用區(qū)域，實現(xiàn)對幾乎所有材料的非熱熔性冷處理，因此獲得傳統(tǒng)激光無法比擬的高精度、低損傷等效果。超快激光憑其獨特優(yōu)勢在材料微細加工、納米結(jié)構(gòu)制作、光子器件加工、高密件存儲、醫(yī)療生物工程等方面得到廣泛應用。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2017年全球超快激光器市場規(guī)模約5.7億美元，2020年有望超過15億美元，CAGR高達39%，高于光纖激光器的行業(yè)增速。且由于技術(shù)壁壘高，超快激光器可能較當前普通光纖激光器毛利率水平更高。

4、激光器國產(chǎn)化程度不斷加強，核心元器件是關(guān)鍵

隨著國內(nèi)光纖激光器企業(yè)的技術(shù)突破，國內(nèi)小于100W的低功率光纖激光器已基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，100W-1500W之間的光纖激光器國產(chǎn)化率也超過了60%，但功率大于1500W的光纖激光器國產(chǎn)化還比較低為10%左右，仍大量依賴進口。隨著國內(nèi)激光器廠商的研發(fā)實力提升，中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下核心器件及技術(shù)的國產(chǎn)化需求日益迫切，國內(nèi)高功率光纖激光器大概率將復制中低功率激光器進口替代的過程，國產(chǎn)激光器取代進口趨勢日益顯著。

從激光器成本結(jié)構(gòu)中可以看到，特種光纖、泵浦源和光學器件是激光器成本的主要構(gòu)成，占比超過80%，其中泵浦源和特種光纖又是光纖激光器原材料成本的核心來源，一般的，特種光纖占比約20%、泵浦源占比約30%。泵浦源封裝、合束器、隔離器、中功率光纖光柵、激光傳輸組件等激光器零部件已經(jīng)基本國產(chǎn)化，泵浦源芯片、增益光纖、高功率光纖光柵等是國產(chǎn)化的關(guān)鍵。

泵浦源為激光器中最重要的核心器件之一。半導體激光器是光纖激光器的主流泵浦源，半導體激光芯片是制造半導體激光器的核心部件，其功率高低和性能穩(wěn)定性直接影響輸出激光性能。激光芯片是國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)鏈十分薄弱的環(huán)節(jié)，在高功率半導體激光器芯片方面早日打破長期依賴進口“有器無芯”的局面是當務(wù)之急。自主研發(fā)掌握泵浦源、光纖耦合器等核心器件技術(shù)并規(guī)?；a(chǎn)，實現(xiàn)自產(chǎn)自制，方可有效降低成本，顯著提升毛利率、凈利率水平，享受產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合的紅利。