一、我國激光產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，逐漸實現(xiàn)上游光器件國產(chǎn)替代

歐美在激光產(chǎn)業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢，我國逐漸實現(xiàn)國產(chǎn)替代

激光的發(fā)明可以追溯到20世紀早期，很快便被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并深刻地影響了科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟和社會的發(fā)展及變革，是20世紀與原子能、半導(dǎo)體、 計算機齊名的四項重大發(fā)明之一，推動現(xiàn)代光子物理學(xué)科的兩大分支能量光子學(xué)和信息光子學(xué)的蓬勃發(fā)展。歐美地區(qū)作為激光技術(shù)、激光設(shè)備的起源與發(fā) 展重要區(qū)域，具有先發(fā)優(yōu)勢和領(lǐng)先地位。其激光產(chǎn)品應(yīng)用的技術(shù)先進程度、滲透優(yōu)勢更為明顯，在機械、汽車、航空、鋼鐵、造船、電子等大型制造產(chǎn)業(yè) 中，基本完成了激光加工工藝對傳統(tǒng)加工工藝的替代更新，進入“光加工”時代，同時涌現(xiàn)出一批知名的激光領(lǐng)域企業(yè)。在我國政策指引與基礎(chǔ)共性研究 取得長足進步的背景下，我國激光產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量、技術(shù)與服務(wù)在競爭中慢慢提高，逐步實現(xiàn)由依賴進口向自主研發(fā)、替代進口到出口的轉(zhuǎn)變。

長期政策支持+普及率提升，我國激光產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模攀升

激光技術(shù)是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，長期以來受到國家產(chǎn)業(yè)政策的重點鼓勵和大力支持?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006- 2020 年）》、《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、 《2017 年度增材制造重點專項項目申報指南》等國家政策、發(fā)展規(guī)劃和項目指南均強調(diào)重點支持激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展提供了廣闊的產(chǎn)業(yè) 政策空間和良好機遇。

激光技術(shù)普及率提升，我國激光設(shè)備、激光器市場增速遠高于全球平均水平。激光技術(shù)的應(yīng)用比許多傳統(tǒng)制造技術(shù)更具成本優(yōu)勢，使激光設(shè)備在我國得以迅 速普及，疊加國產(chǎn)激光產(chǎn)品的崛起正在逐步取代進口的激光產(chǎn)品，我國激光設(shè)備和激光器蓬勃發(fā)展。我國激光設(shè)備2022年市場規(guī)模預(yù)計將達920億元， 2023年后至2026年將維持20%左右的同比增速。根據(jù)Laser Focus World數(shù)據(jù)，2017-2021年，全球激光器市場規(guī)模從138億美元增長至 185 億美元，復(fù) 合年均增速約為7.6%；同期我國激光器市場規(guī)模從70億美元增長至127億美元，復(fù)合年均增速約為16.2%，遠高于全球增速。

上游光芯片、光器件準入門檻高，是激光產(chǎn)業(yè)的基石

激光產(chǎn)業(yè)鏈上游是利用半導(dǎo)體原材料、高端裝備以及相關(guān)的生產(chǎn)輔料制造激光芯片、光電器件等，是激光產(chǎn)業(yè)的基石，準入門檻較高。產(chǎn)業(yè) 鏈中游是利用上游激光芯片及光電器件、模組、光學(xué)元件等作為泵浦源進行各類激光器的制造與銷售，包括直接半導(dǎo)體激光器、二氧化碳激 光器、固體激光器、光纖激光器等；下游行業(yè)主要指各類激光器的應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)加工裝備、激光雷達、光通信、醫(yī)療美容等應(yīng)用行業(yè)。

A股光電子器件上市公司一覽

光芯片：國內(nèi)光芯片標的稀缺，現(xiàn)階段以高端芯片國產(chǎn)替代為目標。海外光芯片公司擁有先發(fā)優(yōu)勢，普遍具有從光芯片、光收發(fā)組件、光模 塊全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋能力，建立起較高的行業(yè)壁壘。而我國與國外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先水平存在一定差距離，尤其是高速率光芯片嚴重依賴進口。以激光器 芯片為例，我國能夠規(guī)模量產(chǎn) 10G 及以下中低速率激光器芯片，但 25G 激光器芯片僅少部分廠商實現(xiàn)批量發(fā)貨，25G 以上速率激光器芯片 大部分廠商仍在研發(fā)或小規(guī)模試產(chǎn)階段。 光器件：市場整體呈現(xiàn)充分競爭格局，各類器件種類繁多，生產(chǎn)廠商眾多，行業(yè)的市場化程度高。

激光器決定光束質(zhì)量和功率，是激光產(chǎn)業(yè)核心部件

激光器的性能往往直接決定激光設(shè)備輸出光束的質(zhì)量和功率，是下游激光設(shè)備最核心的部件。激光器是利用受激輻射方法產(chǎn)生可見光或不 可見光的一種器件，構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)壁壘較高，主要由光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機械機構(gòu)四個部分組成，其中光學(xué)系統(tǒng)主要包括 泵浦源（激勵源）、增益介質(zhì)（工作物質(zhì)）和諧振腔等光學(xué)器件材料。

激光器可按照增益介質(zhì)、泵浦方式等多種標準進行分類

激光器存在多種分類方式，較為常見的分類依據(jù)有增益介質(zhì)、運轉(zhuǎn)方式、輸出波長、泵浦方式等。按增益介質(zhì)劃分，氣體激光器中具有代表性的 是CO?氣體激光器，固體激光器中具有代表性的是寶石激光器、YAG激光器、光纖激光器及半導(dǎo)體激光器等。

材料加工與光刻是激光最大應(yīng)用市場，科研與軍事市場增長潛力最大

材料加工與光刻一直是激光最大應(yīng)用市場，科研與軍事市場增長潛力最大。根據(jù)Strategies Unlimited，2020年全球激光產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模約 為167.6億美元，2021年市場規(guī)模有望繼續(xù)取得17%左右的增長達到196億美元。2020年材料加工與光刻市場、通信與光存儲市場、科研 與軍事市場、醫(yī)療與美容市場、儀器與傳感器市場及娛樂、顯示與打印市場占比分別為39.8%、25.5%、14.8%、7.7%、8.7%、3.6%， 2021年預(yù)計分別增長17%、10%、32%、14%、18%及18%。

二、激光上游賦能千行百業(yè)，算力時代網(wǎng)絡(luò)底座基石

工業(yè)：工業(yè)激光器2026E達88億美元，光纖激光器占比過半

工業(yè)激光器作為材料加工領(lǐng)域應(yīng)用的主要激光器，預(yù)計2026年市場規(guī)模將穩(wěn)步提升至88億美元。在以亞太地區(qū)為代表的全球先進制造業(yè)快速發(fā)展背景下， 激光應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，應(yīng)用程度持續(xù)加深，高端工業(yè)領(lǐng)域?qū)す庠O(shè)備的需求激增。億渡數(shù)據(jù)預(yù)計2021年工業(yè)占我國激光設(shè)備下游應(yīng)用63%，未來仍將是 助推激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動力。作為激光加工設(shè)備的核心部件，工業(yè)激光器元器件行業(yè)將面臨良好的發(fā)展機遇。Laser Focus World預(yù)測2020年全球工 業(yè)激光器市場規(guī)模為51.6億美元，而Industry Perspective預(yù)計2021年至2026年年均復(fù)合增長率為11.3%，2026年整體市場規(guī)?？蛇_88.08億美元。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，工業(yè)激光器主要用于金屬切割、焊接和打標，合計占比超過65%；此外，精密金屬加工、顯示、半導(dǎo)體也是工業(yè)激光器的重點應(yīng)用行業(yè)。 從激光器分類上看，市場份額最大的是光纖激光器，2018年至2020年的銷售占比均超過50%。其中2020年全球光纖激光器銷售額占比為52.7%；固體激 光器銷售額占比16.7%；氣體激光器銷售占比15.6%；直接半導(dǎo)體/準分子激光器的銷售占比15.04%。

激光武器：“快準狠”使“激光武器化”成為必然

高能激光武器利用高功率激光的熱效應(yīng)、光電效應(yīng)和熱力耦合等效應(yīng)直接使目標失效甚至毀傷，具有快速響應(yīng)、打擊精準、效費比高、作 戰(zhàn)隱蔽不易追溯等優(yōu)點，可以在諸如要地防御、導(dǎo)彈攔截、衛(wèi)星對抗和蜂群對抗等現(xiàn)代局部作戰(zhàn)場景中發(fā)揮獨特作用，逐漸成為可適應(yīng)未 來信息化高技術(shù)戰(zhàn)爭的主戰(zhàn)武器之一。根據(jù)《Lasers：Global Markets to 2024》，預(yù)計到 2024 年，全球定向能激光源和軍事激光市場 將從 2019 年的 89 億美元增長到 146 億美元，2019-2024 的年復(fù)合增長率為 10.41%。

光通信：數(shù)據(jù)量爆發(fā)、“光進銅退”趨勢下，光通信蓬勃發(fā)展

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展及加速應(yīng)用，全球數(shù)據(jù)流量激增。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及大眾生活形式的數(shù)字化轉(zhuǎn)變加速，移動支付、 移動出行、遠程控制、高清視頻直播、移動餐飲外賣、虛擬現(xiàn)實等的普及，驅(qū)動數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)交匯量迎來爆發(fā)式增長。根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)流量由 2015 年的 8.59ZB增長至 2019 年的 41ZB，預(yù)測 2025 年會增長至 175ZB，2015-2025 年均復(fù)合增長率達到 35.18%。

“光進銅退”已成為全球信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的使用銅線為介質(zhì)的電通信相比，使用光纖為介質(zhì)的光通信在傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)帶寬、信號衰減、 傳播距離、數(shù)據(jù)容量、功耗、抗干擾、抗腐蝕、體積重量及通信成本方面優(yōu)勢顯著，數(shù)據(jù)傳播更具可靠性、高速性、經(jīng)濟性，迎合了數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長 對信息傳播的高容量、高速率、高可靠性、廣距離、低成本的通信需求，因此光通信成為目前全球主流的通信方式。大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理需求為我國光通信 行業(yè)帶來了新一輪發(fā)展機遇，根據(jù)工信部賽迪研究院和中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，我國光通信產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將穩(wěn)步增長至2022年的1331億元。

光通信：算力時代CPO降本增效迎發(fā)展良機

CPO降本增效，解決算力時代高速傳輸痛點。CPO是一種新型的光電子集成技 術(shù)，它將激光器、調(diào)制器、光接收器等光學(xué)器件封裝在芯片級別上，直接與芯 片內(nèi)的電路相集成，借助光互連以提高通信系統(tǒng)的性能和功率效率。與傳統(tǒng)的 光模塊相比，CPO在相同數(shù)據(jù)傳輸速率下可以減少約50%的功耗，將有效解決 高速高密度互連傳輸場景下，電互連受能耗限制難以大幅提升數(shù)據(jù)傳輸能力的 問題。與此同時，相較傳統(tǒng)以III-V材料為基礎(chǔ)的光技術(shù)，CPO主要采用的硅光 技術(shù)具備成本、尺寸等優(yōu)勢。

在人工智能、機器學(xué)習(xí)等大算力應(yīng)用場景快速發(fā)展的背景下，CIR認為交換速 率將在2025年達到102.4Tbps時代，屆時可插拔收發(fā)器將被逐漸淘汰。預(yù)計 2027年CPO整體市場收入將達到54億美元，而其上游CPO光學(xué)組件銷售收入 有望在2025年超過13億美元，到2028年進一步增長至27億美元。

消費電子：結(jié)構(gòu)光和ToF是主流的主動測量3D傳感方式

3D 視覺的主要實現(xiàn)方式包括3D 結(jié)構(gòu)光、 ToF（光飛行時間法）和雙目視覺三種方法，使智能設(shè)備能夠根據(jù) 3D 傳感復(fù)原現(xiàn)實三維世界， 并實現(xiàn)后續(xù)的智能交互，廣泛應(yīng)用于人機交互、機器視覺、人臉識別、三維建模、AR/VR、安防和輔助駕駛等多個領(lǐng)域。其中3D結(jié)構(gòu)光和 ToF均主動發(fā)射光源測量，而雙目相機并不主動對外發(fā)射光源，僅靠兩個攝像頭獲取圖像信息計算視差，因此不需要發(fā)射器和接收器。

3D結(jié)構(gòu)光：通過投射儀主動發(fā)射紅外光到被測物體表面，然后一個或多個相機拍攝被測物體采集結(jié)構(gòu)光圖像，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算單元， 根據(jù)三角測量原理計算獲取位置和深度信息，從而實現(xiàn)3D重建，具有近距離精度高、功耗小、成本低的優(yōu)勢。

ToF（Time of Flight）：通過向目標發(fā)射連續(xù)的光脈沖經(jīng)過目標反射，傳感器接受返回的光，并記錄飛行的時間以計算出到目標的距離， 具有測量距離較遠、適應(yīng)動態(tài)場景的優(yōu)勢。

雙目視覺：通過雙攝像機從不同角度同時獲得被測物的兩幅數(shù)字圖像，并基于視差原理恢復(fù)出物體的三維幾何信息，從而得出圖像上每個點 的深度信息、最終得到三維數(shù)據(jù)。由于不需要發(fā)射器和接收器，硬件成本方面存在優(yōu)勢。

車載激光雷達：目前ADAS僅占下游應(yīng)用2%

激光雷達主要包括激光發(fā)射、掃描系統(tǒng)、激光接收和信息處理四大系統(tǒng)。激光雷達的工作原理是向目標探測物發(fā)送激光光束探測信號，然后將目標反 射回來的回波信號與發(fā)射信號進行比較，進行適當(dāng)處理后，便可獲取目標的距離、方位、角度、速度、姿態(tài)、形狀等多種參數(shù)信息，從而對目標進行 探測、跟蹤和識別。激光發(fā)射系統(tǒng)主要包括半導(dǎo)體激光器、激光器激勵源、激光調(diào)制器，是激光雷達的核心系統(tǒng)，而半導(dǎo)體激光器作為激光發(fā)射系統(tǒng) 的核心器件，為整個激光雷達提供激光脈沖。2021年無人駕駛出租車、ADAS激光雷達分別占汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達市場份額的6%/2%。根據(jù) Yole，2021年，全球用于汽車與工業(yè)領(lǐng)域的激光雷達出貨量預(yù)計達30萬臺，市場規(guī)模高達21億美元，相較2020年增長了18%。其中，地形測繪仍是 激光雷達最大的應(yīng)用領(lǐng)域，占據(jù)60%的市場份額；緊隨其后的是工業(yè)領(lǐng)域，占據(jù)27%的份額；無人駕駛出租車、ADAS、風(fēng)能和國防等領(lǐng)域占據(jù)剩下 的13%。

報告節(jié)選：

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