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國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體激光器行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 華光光電    2023-09-22

（1）激光工藝在先進(jìn)制造領(lǐng)域的滲透率不斷提升，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器規(guī)模的增長(zhǎng)

①激光技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域的滲透率不斷提升

隨著激光產(chǎn)品朝著更高的輸出功率、更高的電光轉(zhuǎn)換效率、更好的光束質(zhì)量和更高的可靠性方向發(fā)展，激光技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域的滲透率不斷提升，目前已應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、鋼鐵、顯示面板制造、半導(dǎo)體芯片制造、消費(fèi)電子產(chǎn)品制造等高端制造領(lǐng)域。

激光技術(shù)作為高端制造的核心技術(shù)之一，在精細(xì)化制造、智能制造等領(lǐng)域有著極其重要的地位，其應(yīng)用比許多傳統(tǒng)制造技術(shù)更具有成本效益，因此得以迅速普及，未來(lái)將進(jìn)一步對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)技術(shù)的存量市場(chǎng)進(jìn)行替代和優(yōu)化升級(jí)。

在一些新興高成長(zhǎng)領(lǐng)域，如新型半導(dǎo)體、光伏、鋰電等領(lǐng)域，激光技術(shù)以其顯著的優(yōu)勢(shì)滿足這些領(lǐng)域嚴(yán)苛的工藝需求。激光亦是光刻設(shè)備的主要光源，是微納直寫光刻技術(shù)的核心，廣泛應(yīng)用于 PCB 直接成像、泛半導(dǎo)體及 OLED 直寫光刻領(lǐng)域。因此，激光技術(shù)的增量市場(chǎng)十分廣闊。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國(guó)家戰(zhàn)略的深入實(shí)施，制造業(yè)對(duì)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)模式的需求日益增長(zhǎng)，中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)也逐漸進(jìn)入高速發(fā)展期。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)激光加工設(shè)備市場(chǎng)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)。2022年，中國(guó)激光設(shè)備市場(chǎng)銷售收入為832億元，隨著經(jīng)濟(jì)的全面復(fù)蘇，激光加工設(shè)備需求將持續(xù)好轉(zhuǎn)，預(yù)計(jì)2025年，國(guó)內(nèi)激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將突破千億大關(guān)。

②光纖激光器和固體激光器的應(yīng)用和推廣，拉動(dòng)作為泵浦源的半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)

半導(dǎo)體激光器能夠作為光纖激光器和固體激光器的泵浦源和指示光源，其中，作為泵浦源是目前能量類半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器轉(zhuǎn)換效率高、體積小、壽命長(zhǎng)，是光纖激光器和固體激光器實(shí)現(xiàn)高功率輸出、提高轉(zhuǎn)換率的最佳泵浦源選擇。隨著近年來(lái)半導(dǎo)體激光器泵浦源國(guó)產(chǎn)化，國(guó)產(chǎn)光纖激光器和固體激光器的成本持續(xù)降低，促進(jìn)了光纖激光器和固體激光器的應(yīng)用和推廣，亦拉動(dòng)作為泵浦源的半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)。

光纖激光器是工業(yè)領(lǐng)域占比最高的激光器，所需泵浦源市場(chǎng)規(guī)模較大。我國(guó)光纖激光器 2022 年市場(chǎng)規(guī)模為 128.7 億元，預(yù)計(jì) 2025 年將達(dá)到 200 億元。

固體激光器在精密加工領(lǐng)域更具優(yōu)勢(shì)，能廣泛應(yīng)用于微加工各類場(chǎng)景，近年增長(zhǎng)迅速。固體激光器能夠通過(guò)倍頻晶體在諧振腔內(nèi)將紅外光轉(zhuǎn)換為綠光、紫外光及深紫外光等短波長(zhǎng)激光，并對(duì)外輸出。

短波長(zhǎng)激光產(chǎn)生熱效應(yīng)較低，能量利用效率高，能夠有效提升加工精度，實(shí)現(xiàn)超精超微加工。由于短波長(zhǎng)激光的優(yōu)勢(shì)，固體激光器被廣泛應(yīng)用于非金屬材料和薄性、脆性等金屬材料的精密微加工領(lǐng)域，隨著新能源電池、光伏、半導(dǎo)體、OLED 等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，固體激光器將需求不斷增長(zhǎng)。

（2）激光在測(cè)量傳感與激光雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展

激光高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光傳感器可以用于長(zhǎng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測(cè)量，還可以利用激光光譜分析和激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行檢測(cè)。

近年來(lái)，激光在測(cè)量傳感與激光雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，從建筑施工、地勘測(cè)繪等傳統(tǒng)行業(yè)的激光測(cè)量傳感應(yīng)用，拓展到掃地機(jī)器人、智能駕駛等新興領(lǐng)域，激光測(cè)量傳感的市場(chǎng)邊界在不斷擴(kuò)張。隨著無(wú)人駕駛、高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)、服務(wù)型機(jī)器人、3D 傳感等技術(shù)的不斷普及發(fā)展，激光技術(shù)將更多的應(yīng)用于汽車、人工智能、消費(fèi)電子、人臉識(shí)別、5G 通信及國(guó)防科研等眾多領(lǐng)域。

①隨著家庭消費(fèi)升級(jí)，掃地機(jī)器人銷量增長(zhǎng)迅速

隨著家庭消費(fèi)升級(jí)，掃地機(jī)器人銷量增長(zhǎng)迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年中國(guó)掃地機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模已達(dá) 120 億元，預(yù)計(jì) 2022 年達(dá)到 138 億元，增長(zhǎng)率為 15%。與成熟家電產(chǎn)品相比，掃地機(jī)器人屬于新型清潔家電，目前我國(guó)滲透率僅為 3%，遠(yuǎn)低于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，行業(yè)存在較大提升空間。

導(dǎo)航能力是掃地機(jī)器人的關(guān)鍵制勝因素之一，科沃斯、石頭科技、小米等國(guó)內(nèi)頭部品牌均推出中高端激光導(dǎo)航產(chǎn)品，開(kāi)始在海外市場(chǎng)逐步替代 iRobot，占全球市場(chǎng)份額逐年提升。

②智能駕駛產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)明確，激活車載激光雷達(dá)增量市場(chǎng)

激光雷達(dá)是一種通過(guò)發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)位置、速度、表面結(jié)構(gòu)等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，激光雷達(dá)技術(shù)已在軍事偵查、大氣監(jiān)控、地形測(cè)繪、無(wú)人駕駛汽車、機(jī)器人等重大領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)微波雷達(dá)，并開(kāi)拓了 AR/VR、3D 成像等新興領(lǐng)域，市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。

國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)目前尚處于快速起步階段，主要以 2D 激光雷達(dá)為主，多用于地形測(cè)繪、建筑測(cè)量、家用服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域，近年也有少數(shù)公司開(kāi)始與國(guó)內(nèi)汽車公司合作，嘗試逐步進(jìn)入車用激光雷達(dá)市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2017 至 2021 年，我國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步上漲，從 1.5 億美元增至 6.6 億美元。在此趨勢(shì)下，未來(lái)幾年我國(guó)激光雷達(dá)生產(chǎn)規(guī)模有望持續(xù)高速攀升。

由于激光雷達(dá)具備三維環(huán)境感知、高分辨率、抗干擾能力，成為智能駕駛感知層的核心傳感器。盡管我國(guó)車載激光雷達(dá)起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)在搭載車型數(shù)量高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)下，其市場(chǎng)規(guī)模也持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年，我國(guó)車載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模為 4.6 億元，2022 年規(guī)?；?qū)⑦_(dá)到 16.0 億元，甚至在 2025 年車載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模有望上升到 50 億元以上。

③隨著環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，激光在粉塵檢測(cè)等領(lǐng)域的需求日益強(qiáng)烈

粉塵檢測(cè)技術(shù)最早誕生于上世紀(jì) 50 年代，以英、美、日、德為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家率先開(kāi)展相關(guān)研究，并將其應(yīng)用于工礦揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景，用于控制、預(yù)防由可吸入粉塵引發(fā)的各類職業(yè)病。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，以光散射原理為核心的粉塵檢測(cè)技術(shù)，也逐步進(jìn)入空氣凈化器等民用領(lǐng)域。

21 世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，作為副產(chǎn)品的環(huán)境污染問(wèn)題也日益突出，城市居民的呼吸健康受到了霧霾問(wèn)題的影響，于是以“PM2.5”為代表的顆粒物污染檢測(cè)技術(shù)也首次進(jìn)入大眾視野，成為廣受社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)話題，PM2.5 傳感器也逐步成為室內(nèi)、車內(nèi)、公共場(chǎng)所空氣質(zhì)量檢測(cè)的重要工具。

早期的粉塵傳感器，主要使用紅外 LED 作為光源，為追求更高的性能，PM2.5傳感器開(kāi)始引入激光技術(shù)，使用半導(dǎo)體激光器作為光源，替代原有紅外 LED。

近年來(lái)，空氣凈化家電呈高端化發(fā)展趨勢(shì)，精確顯示 PM2.5 等顆粒物數(shù)值的激光粉塵傳感器搭載率持續(xù)提升，粉塵傳感器應(yīng)用場(chǎng)景亦從空氣凈化器向新風(fēng)系統(tǒng)、家用空調(diào)、汽車空調(diào)等領(lǐng)域不斷滲透，激光粉塵傳感器市場(chǎng)規(guī)模不斷提升。

面對(duì)更復(fù)雜的使用環(huán)境，不但要求傳感器所用的半導(dǎo)體激光器具有穩(wěn)定的出光功率，還可在極大的環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作，故對(duì)激光器整體可靠性要求較高。早期 PM2.5 傳感器多使用進(jìn)口品牌，近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體激光器已得到 PM2.5 檢測(cè)領(lǐng)域眾多客戶認(rèn)可，逐漸替代進(jìn)口，并大規(guī)模應(yīng)用于室內(nèi)外、車載 PM2.5 傳感器中?，F(xiàn)階段，僅百分之一的車配備了車載空氣凈化器，未來(lái)，隨著車載凈化器普及率提升，該市場(chǎng)的發(fā)展前景巨大。

（3）醫(yī)療健康行業(yè)需求持續(xù)火熱，激光醫(yī)療類設(shè)備滲透率不斷提升

醫(yī)療健康行業(yè)中，激光診斷、激光醫(yī)療、激光理療等技術(shù)已被廣泛使用。激光醫(yī)療設(shè)備已進(jìn)入到眼科、外科、牙科、皮膚、口腔等各個(gè)臨床科室，并擴(kuò)展到祛斑、脫毛、生發(fā)等多項(xiàng)應(yīng)用。不同波長(zhǎng)的激光對(duì)應(yīng)醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用情況如下：

半導(dǎo)體激光器體積小、成本低、能耗低的特點(diǎn)對(duì)于降低激光治療成本、推動(dòng)醫(yī)療健康激光器市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大起到了重要作用。2019 年，我國(guó)激光醫(yī)療設(shè)備（含進(jìn)口激光醫(yī)療設(shè)備）市場(chǎng)達(dá)到 167.8 億元市場(chǎng)規(guī)模，相比 2014 年 63.6 億元的市場(chǎng)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了年均 21.41%的復(fù)合增長(zhǎng)率。

預(yù)計(jì) 2021 年，我國(guó)激光醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 232.00 億元。按照光學(xué)光電子類醫(yī)療儀器更新周期計(jì)算（一般為 8年），我國(guó)激光醫(yī)療設(shè)備有著龐大的需求存量和增量市場(chǎng)，有望在 2030 年左右成長(zhǎng)為千億級(jí)市場(chǎng)。

在激光治療領(lǐng)域，眼科、牙科等應(yīng)用市場(chǎng)潛力較大。伴隨著老齡化加劇、人們生活方式的轉(zhuǎn)變、青少年近視比例的不斷攀升，眼科患病率居高不下，激光眼科手術(shù)設(shè)備利用激光作為眼科疾病治療的主要能量來(lái)源。根據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)眼科激光手術(shù)器械市場(chǎng)規(guī)模從2016的15億元增長(zhǎng)至2021年的28億元，2016 年至 2021 年的復(fù)合平均增長(zhǎng)率為 13.3%，預(yù)計(jì) 2022 年激光眼科手術(shù)器械市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 32 億元，同比增長(zhǎng) 14.29%。

激光牙科治療儀利用小能量的激光可有效地封閉口腔的毛細(xì)血管，能使細(xì)菌蛋白質(zhì)分解、變性，達(dá)到消腫、止血和殺菌的功效。此外，激光技術(shù)還可應(yīng)用于理療、生發(fā)等醫(yī)學(xué)場(chǎng)景。激光理療又稱“光生物調(diào)節(jié)作用”，通過(guò)使用特定波長(zhǎng)的光源照射患者以達(dá)到療效，又稱為不需要藥物以及手術(shù)的治療方案。

紅外激光理療使用近紅外激光刺激軟組織（如肌肉和肌腱）愈合，可縮短愈合時(shí)間、減少疼痛、促進(jìn)微循環(huán)以及減少腫脹和術(shù)后滲出。生發(fā)帽是基于低能量激光加快毛囊細(xì)胞的增殖和代謝，在一定程度上綜合了有效性、安全性、無(wú)痛性、無(wú)副作用、使用方便等多個(gè)要素。根據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年中國(guó)生發(fā)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為 118.3 億元，預(yù)計(jì) 2026 年將達(dá) 334.2 億元，復(fù)合增長(zhǎng)率為 15.99%。

（4）激光核心材料和核心元器件將逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代

我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展早期受限于國(guó)外供應(yīng)商，但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)已逐步突破激光核心技術(shù)，中國(guó)制造商在全球激光器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸增強(qiáng)，激光產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)產(chǎn)化正由下游向上游傳導(dǎo)。目前，激光行業(yè)的下游激光設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率已較高，催生出了大族激光、海目星、帝爾激光、聯(lián)贏激光、華工科技等上市公司。激光設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，加速了中游光纖激光器和固體激光器的國(guó)產(chǎn)化。

目前，以銳科激光、創(chuàng)鑫激光為代表的國(guó)產(chǎn)光纖激光器市場(chǎng)份額與以美國(guó)IPG光電和英國(guó)SPI為代表的國(guó)際光纖激光器龍頭企業(yè)市場(chǎng)份額幾乎持平，固態(tài)激光器領(lǐng)域，英諾激光、羅根激光、華日精密亦實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，替代美國(guó)相干公司、光譜物理等企業(yè)。

與光纖激光器、固體激光器從依賴進(jìn)口逐步向自主研發(fā)、替代進(jìn)口到出口的轉(zhuǎn)變相同，我國(guó)半導(dǎo)體激光器及其核心器件也逐步突破，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，其原因，一方面是受歐美等國(guó)家長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)技術(shù)封鎖的影響，高功率半導(dǎo)體激光巴條、芯片和器件模組進(jìn)口存在困難，且用途受到限制；另一方面，是下游激光產(chǎn)業(yè)降低成本的需求。國(guó)內(nèi)對(duì)激光產(chǎn)業(yè)仍存在巨大的需求與發(fā)展空間，工業(yè)、通信、醫(yī)療、國(guó)防等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)す庠O(shè)備的需求推動(dòng)了激光技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

在此背景下，半導(dǎo)體激光器芯片、器件和模組作為激光產(chǎn)品的核心部件和整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的中、上游，是推動(dòng)我國(guó)激光市場(chǎng)發(fā)展不可或缺的部分，必須緊跟市場(chǎng)發(fā)展，以滿足下游行業(yè)對(duì)新技術(shù)、新需求的更迭變化。半導(dǎo)體激光器核心材料和核心器件方面的國(guó)產(chǎn)化，將提升我國(guó)激光器和高端設(shè)備制造水平，并促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)整體水平提升。