激光器可以根據(jù)工作物質、輸出波長、功率大小和輸出波形進行劃分。根據(jù)輸出波形，可將激光器分為連續(xù)激光器、準連續(xù)激光器以及脈沖激光器。

連續(xù)激光器：以多模連續(xù)光纖激光器為代表，占據(jù)了當前工業(yè)市場的大部分份額，其特點是連續(xù)輸出穩(wěn)定波形，常應用于激 光切割、激光焊接以及激光熔覆；

準連續(xù)激光器：又稱長脈沖，其特點是介于連續(xù)激光器和脈沖激光器之間，具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，可在一定周期內重復輸出比較高能量的激光，常應用于激光鉆孔及熱處理；

脈沖激光器：以脈沖形式輸出能量，根據(jù)脈沖寬度，脈沖激光器可進一步分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒激光器、皮秒 激光器及飛秒激光器等，其特點是加工精度高，且脈寬越窄，加工精度越高，常應用于激光標刻、非金屬材料加工、醫(yī)療及 航空航天等。

超快激光器是指輸出激光的脈沖寬度在皮秒（10^-12）級別、或小于皮秒級別的脈沖激光器。

超快激光器復合增速遠高于激光器整體增速

2019年全球激光器產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模：2019年全球激光器銷售額為147.3億美元，相比2018年的137.6億 美元銷售額同比增長9.9個百分點。中美貿易戰(zhàn)得到一定程度緩和，激光產(chǎn)品進出口表現(xiàn)出復出跡象。2019年激光器在科研和軍事市場持續(xù)擴張，增長率達到21%以上。

中國激光產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模：2019年中國激光器市場雖然有所增長但與前兩年相比增速開始放緩。工業(yè)、信息、商業(yè)、醫(yī)學和科研領域的激光設備市場銷售總收入為658億元，較2018年同比增長了8.8個百分點。

超快激光器成為近年來激光市場上最突出的增長點，2015-2019年復合增速為70.5%，而全球激光器市場2015-2019年復合增速僅為11%。2019年國內從事超快激光器研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)超過25家，2019年市 場空間達到24.5億元，已成長為相當于國內光纖激光器收入體量30%的市場。

超快激光器核心優(yōu)勢：真正意義上的冷加工，加工精度卓越

傳統(tǒng)激光加工處理：起源于入射光子-受激電子-聲子轉化而成的熱能，材料通過固態(tài)-液態(tài)-氣態(tài)的三相熱熔過程得到逐步去除，并且其中的熱擴散過程會影響加工處理的質量。

熱擴散對激光加工的影響：

從作用區(qū)域內不斷地抽取其中的能量，降低了激光加工效率；

降低了激光聚焦點的溫度，使得該點溫度無法遠大于材料的熔點溫度，而僅處于熔融狀態(tài)；

降低了激光微加工的精確度；

影響到環(huán)繞工作點附近的一大片區(qū)域，造成機械應力；

有時會造成表面沖擊波的形成，損壞周圍的材料結構。

超快激光加工處理：激光與物質的作用實際上被“凍結”在電子受激吸收和儲存能量的過程，在根本上避免了能量的轉移、轉化以及熱能的存在和熱擴散造成的影響。

超快激光作用時間有效縮短, 也使因熱傳導作用而影響的熱效應體積減小了很多。這不僅極大地提高了加工的精度, 同時也 實現(xiàn)了真正意義上的“冷”加工。

超快激光器：CPA技術——超快激光發(fā)展里程碑

1960年，第一臺激光器--紅寶石激光器問世為超快過程的研究打開了門戶，隨后調Q技術、鎖模技術以及啁啾CPA壓縮技 術的出現(xiàn)，使得超快過程經(jīng)歷并實現(xiàn)了納秒(1ns=10-9s)、皮秒(1ps=10-12s)、飛秒(1fs=10-15s)和阿秒(1as=10-18s)的發(fā)展過程。

調Q技術：是指調節(jié)激光器的Q值的技術。在激光器泵浦的初期，把諧振腔的Q值調得很低，使激光器暫時不滿足振蕩條件，在泵浦脈沖的激勵下獲得很高的粒子數(shù)密度時，再迅速調大諧振腔的Q值，此時反轉粒子數(shù)密度遠大于閾值反轉粒子數(shù)密度，激光振蕩迅速建立并達到很高的峰值功率，同時反轉粒子數(shù)迅速被耗盡，脈沖很快結束，這樣就獲得了具有窄脈沖寬度和大峰值功率的激光脈沖。利用調Q技術能夠建立納秒脈沖的輸出。

鎖模技術：是激光器產(chǎn)生超短脈沖的重要技術。激光器光腔內存在多種模式的激光脈沖，當這些模式相互間的相位實現(xiàn)相長干涉時才產(chǎn)生激光超短脈沖或稱鎖模脈沖輸出。鎖模一般分為兩類：一類是主動鎖模，另一類是被動鎖模。前者是從外部向激光器輸入信號周期性地調制激光器的增益或損耗，達到鎖模；后者則采用飽和吸收器(例如一片薄的半導體膜)，利用其非線性吸收達到鎖定相對相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。

通過調Q和鎖模等超快激光技術已經(jīng)可以將激光脈沖從毫秒量級提高到納秒、皮秒量級。但是，直接放大激光脈沖的能量，進一步提高峰值功率遇到了難以逾越的瓶頸：（1）直接放大過程中，激光脈沖的超高峰值功率密度極易損壞放大器中增益介質和其他透射式光學元器件；（2）直接放大的激光脈沖時間尺度太短，不利于高效吸收放大增益介質中的全部能量。

啁啾脈沖放大技術誕生后，有效地解決了技術瓶頸，對激光科學產(chǎn)生了極具革命性的影響。

這一技術的原理大體上可以表述為：將一段短脈沖在時域上展寬，然后放大，再進行壓縮。當脈沖展寬時，功率的極值會變得非常低，因此，即便放大到很高的倍數(shù)，也不會燒毀放大器；然后，再在時域上對脈沖進行壓縮，可以極大增強脈沖的強度。使用這項技術后，脈沖可以 短到飛秒（10^-15秒）量級，功率可以達到太瓦（10^12瓦特）量級。通過這一技術，激光脈沖變得更短，強度變得更高。

正是這項技術的發(fā)明，使得超快、超強激光得到了快速發(fā)展。

超快激光器應用領域1——脆性材料微加工

超快激光器的應用范圍需要厘清，總結而言，其尤其適合脆性非金屬材料加工（由波長決定，超快一般為紫外等）以及金屬薄片加工（超快也會有紅外，目前成本較高）。

激光焊接：超快激光器使普通激光難以焊接的特殊材料，如玻璃、陶瓷等實現(xiàn)焊接技術革新和突破。

舉例：飛秒激光玻璃焊接：電子元器件之間的微連接為大難題，傳統(tǒng)的膠水粘合雖然可以實現(xiàn)多種材料之間的連接，但其易老化、熱解、易受熱膨脹等缺點使得產(chǎn)品的可靠性難以保證；普通長脈沖激光的能量不易被玻璃吸收而且熱膨脹易使玻璃碎 裂，并不適合微焊接玻璃等透明材料。超短脈沖激光與透明材料相互作用具有熱效應小及非線性吸收的特點，非常適合透明材料的微焊接，其原理是將高強度的飛秒激光聚焦在兩塊透明玻璃材料的分界面處，界面處的玻璃經(jīng)歷熔化以及再凝結等過 程，最終使得兩塊玻璃牢固的結合在一起。

激光切割：激光切割：超快激光器不斷挑戰(zhàn)業(yè)界最高水準的切割效率，切割質量優(yōu)于其他激光，滿足更多潛在行業(yè)的應用需求。

舉例：全面屏切割：傳統(tǒng)切割方法的機械刀輪在異形切割時開始暴露出切割速度慢、精度低、存在較大毛邊損傷等問題，激光切割在上述方面優(yōu)勢明顯，但仍然存在一定熱影響，超快激光器的激光脈寬進一步縮短，可以使用更小的能量將玻璃切開，從而對玻璃損傷更小。其他切割：面板制造中OLED偏光片的切割、LED晶片切割等。

其他激光微加工：藍寶石和陶瓷是普遍應用于微加工技術和精細加工的材料，然后由于其質地堅硬，對熱敏感，傳統(tǒng)制造工藝很難完成，需要通過超快激光器進行微加工處理。

藍寶石凹槽銑削：藍寶石是地球上僅此于鉆石第二堅硬的材料，很難用機械的方法來加工，需要用激光 器來切割藍寶石。

陶瓷加工：陶瓷材料塑性變小、材料脆性大、易產(chǎn)生裂紋，擴展至脆性斷裂，所以在切削加工過程中會 造成崩豁現(xiàn)象，甚至于整個工件報廢。通過超快激光器可以完成陶瓷加工精細化處理，減少裂紋產(chǎn)生。

光伏電池圖案蝕刻：超快激光在光伏電池的制造中應用空間廣闊。例如在CIGS薄膜電池的制造中，超快激光可替代原有的機械劃線工藝，顯著改善劃線質量，尤其是對于P2、P3劃線環(huán)節(jié)，可以做到幾乎沒有崩邊現(xiàn)象，也沒有裂紋和殘余應力。

飛秒激光金屬箔切割：飛秒激光切割機是指采用脈沖激光時間為飛秒段的超快激光，其加工特性在于對材料的熱影響小，與材料作用時間超短，在某些材料上低于材料分子間的布朗運動時間，因此熱影響超小，也就不會造成超薄金屬材料變形、產(chǎn)生毛刺、顆粒粉塵等。

激光金屬蝕刻，打標：相比普通激光器，超快激光器可以進行更精準的蝕刻及標記，更耐腐蝕。

激光表面處理：激光表面處理是一種燒蝕過程，在該過程中，材料表面吸收聚焦的激光能量來實現(xiàn)良好的修復、修飾效果。主要應用包括去除金屬、玻璃和復合板上的油漆、粘合劑、氧化物、油污 和脫模等。

航空領域：

為提高渦輪葉片的性能和使用壽命，進而提高發(fā)動機的性能，需要采用氣膜冷卻技術，這對氣膜孔加工技術提 出了極高的要求，2018年西安光機所開發(fā)出國內最高單 脈沖能量的26瓦工業(yè)級飛秒光纖激光器，并研制出系列 化超快激光極端制造裝備，實現(xiàn)了航空發(fā)動機渦輪葉片 氣膜孔的“冷加工”突破，填補了國內空白，這種加工 方法較電火花加工等方法精度更高，成品率大大提升。

超快激光還可應用于纖維增強復合材料的精密加工，加工精度的提升，有助于碳纖維等復合材料在航空航天等 高端領域的應用拓展。

醫(yī)療領域：

飛秒激光視力矯正：在眾多的近視矯正術中，全飛秒激光手術已經(jīng)成為主流治療近視眼的方法，與傳統(tǒng)的準分子激光手術相比，全飛秒激光手術具有手術準確度高、無明顯疼痛感、術后視覺效果好等優(yōu)勢。

心臟支架切割：由于心臟支架壁管極薄，通常采用激光加工代替常規(guī)的機械加工。但是，使用普通激光通過燒蝕融化來加工，這樣加工的心臟支架存在毛刺多、切槽寬度不統(tǒng)一、表面燒蝕嚴重、筋寬不均勻等一系列問題。近年來，國外企業(yè)已經(jīng)開始采用飛秒激光進 行支架切割。

在醫(yī)療美容方面，超快激光可用于去除色素和原生痣、去除紋身等，也可以用來改善肌膚的衰老情況。

競爭格局：超快激光器國產(chǎn)化空間廣闊

超快激光器市場競爭格局：中國的超快激光器產(chǎn)業(yè)化起步較晚，目前市場多以外國激光器為主，國內仍以納米紫外（不是真正意義上的超快）為主，但隨著超快激光市場需求的擴大，國內激光技術的不斷突破與成熟，截止2019年底我國共有規(guī)模以 上超快激光器研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)25家。

國外超快激光器龍頭企業(yè)

IPG光電：公司是最大的超快激光器系統(tǒng)生產(chǎn)商，經(jīng)過二十多年的發(fā)展逐步形成了光纖激光器上游產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合，如：增益光纖、半導體泵浦源、光纖元器件等，公司主營產(chǎn)品包括高、中、低功率連續(xù)激光器、脈沖激光器等。

Coherent（相干）：全世界最大、最全面的超快激光器系統(tǒng)生產(chǎn)商，于1970年在美國納斯達克市場上市，公司作為全球最大的激光儀器生產(chǎn)商，產(chǎn)品覆蓋科研、醫(yī)療、工業(yè)加工等多 個行業(yè)。

光譜物理：于1961年成立，是全球頂尖的激光器供應商，具有50年制造經(jīng)驗，提供高質量的超快激光器、大能量脈沖激光器、連續(xù)可調諧、超窄線寬激光器以及工業(yè)激光器。

德國通快：創(chuàng)立于1923年，工業(yè)生產(chǎn)領域機床與激光器的市 場及技術領導者，全球領先的機床制造廠商之一，在機床、激光技術以及電子領域提供生產(chǎn)解決方案。

NKT光子：領先的高性能光纖激光器、光纖傳感系統(tǒng)和光子晶體光纖的供應商，主要市場在成像、傳感和材料加工領域，主要產(chǎn)品包括超快激光器、超連續(xù)光譜白光激光器等。

國內超快激光器主要企業(yè)

大族激光：亞洲第一、世界領先的工業(yè)激光加工設備生產(chǎn)廠商。一直致力于推進皮秒和飛秒激光器的國產(chǎn)化，截止2019年底已實現(xiàn)100余萬臺超快激光器銷售。

銳科激光：公司是全球第三家研發(fā)光纖激光器并規(guī)模生產(chǎn)批量銷售的公司，公司已掌握光纖激光器及其核心器件和材料的關鍵技術，實現(xiàn)了光纖激光器上游產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合，公司主營產(chǎn)品包括連續(xù)光纖激光器、脈沖光纖激光器等。

杰普特：成立于2006年，于2019年科創(chuàng)板上市，跨界MOPA激光器、固體激光器、超快激光器、光學檢測設備、激光加工設備的研發(fā)和生產(chǎn)。

華日激光：成立于2003年，是華工科技旗下的先進固體激光器專業(yè)制造商，在2014年收購了加拿Attodyne公司，開始涉足超快激光領域。目前華日激光已擁有三大研發(fā)中心，研發(fā)出納秒級－皮秒級－飛秒級等多種脈寬的超快激光器產(chǎn)品。

安揚激光：成立于2010年，主要從事高功率皮秒，飛秒光纖激光器和超連續(xù)譜光源的研發(fā)、生產(chǎn)和應用，已成功推出皮秒，飛秒脈沖光纖激光器和超連續(xù)譜激光器等系列產(chǎn)品。

卓鐳激光：成立于2014年是一家從事超快、超強激光器設計研發(fā)及生產(chǎn)制造的硬科技企業(yè)，自主研發(fā)的BLAZER系列工業(yè)級超快激光器實現(xiàn)進口替代，在國內LCD全面屏切割領域市場占有率在行業(yè)前列。

貝林激光：成立于2007年，是國內最早從事激光器研發(fā)的公司之一，致力于生產(chǎn)、研發(fā)、銷售各類工業(yè)級超快激光器。

以上內容來自天風證券，分析師：鄒潤芳，崔宇。不代表本公眾號觀點及立場，僅供交流學習之用！