2022年激光器行业市场现状分析 激光器是半导体激光芯片市场规模的核心推动力

1、激光器组成

激光器是能将电能转化为可聚焦和塑形的光能的装置，主要由光学系统、电源系统、 控制系统和机械结构组成。其中，光学系统包括增益介质、泵浦源和谐振腔等光学材 料。增益介质是光子产生的源泉，泵浦源为增益介质提供能量激励，谐振腔是光子频 率、相位、运行方向的调节场所。激光器工作时，增益介质在吸收泵浦源的能量后， 产生出能量、波长和方向高度一致的光子，这些光子在谐振腔内不断反射从而生成 并放大激光，最后通过反射镜射出，用于材料加工和信息传递。

光纤激光器兼顾转化效率和光束质量，是当前主流路线。（1）按增益介质的不同，激 光器可以分为固态激光器、液体激光器和气体激光器等。固态激光器由于稳定性好、 功率高、维护成本低，因此应用范围最广，市场占有率也最高；液体激光器和气体激 光器效率低且维护成本高，因此应用范围十分有限。（2）固态激光器又可进一步细分 为以晶体为增益介质的固体激光器、以玻璃光纤为增益介质的光纤激光器、以半导 体材料为增益介质的半导体激光器。其中，光纤激光器兼顾电光转化效率和光束质 量，性能优越且适用性强。近十年市场份额快速提升，尤其在工业领域是当前主流的 技术路线，无论在全球还是国内都占据一半以上的市场份额。半导体激光器具有电 光转化效率高、体积小、寿命长、可靠性高和成本低等优点，但由于光束质量相对较 差，直接半导体激光器市场规模较小，更多作为其他类型激光器的泵浦源使用。

半导体激光芯片被用作激光器泵浦源，是激光产业链上游的核心元器件。激光产业 链上游是利用各类芯片原材料、光纤材料等，制造激光芯片及光电器件、模组、光学 元件；中游是利用上游激光芯片及元件等作为泵浦源制造各类激光器，包括直接半 导体激光器、气体激光器、固体激光器、光纤激光器等；下游是激光设备及各类应用 场景，包括工业加工装备、激光加工、医疗、通讯、传感、显示监控及国家战略高技 术等。以光纤激光器为例，半导体激光芯片经过与热沉等部件的贴合焊接可封装制 作成为半导体激光器件；再结合准直镜等光学元器件可耦合制作成为光纤耦合模块， 用作光纤激光器的核心泵浦光源；多个泵浦源结合增益光纤等可制作成为光纤激光 器应用于各类场景；这其中，上游的激光芯片影响着激光设备输出光束的功率、质量 等，是整个激光器的核心。

EEL 输出功率高，VCSEL 可靠性高且成本低。半导体激光芯片以半导体材料为增益 介质，将注入的电流电能以电激励源方式激发，输出激光实现电光转化。根据谐振腔 工艺的不同，半导体激光芯片可分为 EEL（Edge Emitting Laser，边发射激光芯片） 和 VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，面发射激光芯片）。二者的区别在 于芯片上镀光学膜的位置不同，因而形成不同的谐振腔，带来不同的激光发射方向。 EEL 发光面位于芯片侧面，发射出的激光与芯片表面平行。优势是输出功率和光电 效率高，缺点是光束质量差，生产工艺复杂，依赖工人手工装调，性能一致性难以保 障且生产成本高。VCSEL 发光面与芯片平行，发出的激光与芯片表面垂直。优点是 光束质量好、精度高、成本低，但发光功率较低。因此在对功率有较高要求的工业领 域，目前仍以 EEL 为主，而在 3D 传感等领域 VCSEL 则是主流。

一个巴条芯片可解理为多个单管芯片，发光功率较单管芯片更高。根据单个芯片发 光点数的不同，芯片可以分为单管芯片和巴条芯片。单管芯片只有一个发光单元，巴 条芯片具有多个发光单元。巴条芯片经过钝化、镀膜后，可解理为多个单管芯片，视 作多个单管芯片并排排列。发光点数的差异使得单管芯片和巴条芯片的应用领域侧 重也不同。单管芯片只有一个发光点，易于进行光纤耦合，便于检修维护和更换，因 此常作为光纤激光器的泵浦源用于工业加工领域。巴条芯片发光点数多，具有更高 的发光功率，主要用于科研与国家战略高技术、医疗美容等领域。

2、 产业升级叠加国产替代，激光器市场稳定成长

2.1、 产业升级拓宽增量市场，激光芯片需求扩张

激光器市场稳定增长，空间广阔。2017 年全球激光器市场规模为 137.7 亿美元，国 内激光器市场规模为 69.5 亿美元。Laser Focus World 预计 2022 年全球市场和国内市 场将分别增长至 201 亿美元和 147.4 亿美元，年复合增速分别为 7.9%和 16.2%。行 业主要下游均呈现蓬勃发展态势：

（1）工业领域：激光加工可对材料进行打孔、切割、 焊接、熔覆，具有精度高、低能耗、污染小等特点。随着我国制造技术及自动化技术 的升级换代，激光技术将对传统工业加工方式实现广泛替代，持续推动工业激光器 需求。（2）通信和光存储：随着云计算、5G 网络和大数据技术的普及，数据存储需 求和流量需求增加，光通信行业不断扩大。（3）科研与军事领域：激光器是诸多技术 和武器研究的必要条件，在高端制造、精密材料、制导、激光武器等领域，科研项目 对激光器的性能要求更高，各国对科研和军事经费的投入增加促进激光器行业稳定 发展。（4）生物医疗领域：激光器主要应用于临床标本或组织的检测和诊断、临床治 疗与手术等方面，市场需求稳步上升。根据 Allied Market Research 发布的数据，预 计到 2026 年医疗激光市场规模将达到 162.3 亿美元，成长空间广阔。

伴随激光器行业的快速发展，半导体激光芯片需求随之扩大。高功率半导体激光芯 片搭载在半导体激光器上，用作各类激光器的核心泵浦源。因此下游激光器是半导 体激光芯片市场规模的核心推动力。随着产业升级和国产化进程加速，国内光纤激 光器市场不断扩大，半导体激光芯片的需求也随之提升。根据长光华芯招股书的测 算，2020 年全球激光芯片市场空间为 18.30 亿元（2.82 亿美元）；国内激光芯片市场 空间为 5.29 亿元，占全球市场比重为 28.91%。

测算过程如下：第一步，2020 年全 球激光器销售额为 160.10 亿美元，其中，使用高功率半导体激光芯片的市场规模为 94.62 亿美元。第二步，按照激光器行业平均 30%的毛利率以及光纤耦合模块占激光 器成本的 50%测算，2020 年全球光纤耦合模块的市场规模约 33.12 亿美元。第三步， 按照长光华芯光纤耦合模块平均 15%的毛利率以及激光芯片占光纤耦合模块成本的 10%测算，2020 年全球激光芯片的市场规模约为 2.82 亿美元（若按 1:6.5 的汇率折 算则对应 18.30 亿元人民币）。

按照相同的测算步骤，2020 年国内工业激光器的整体 市场规模约为 177.74 亿元，同理得出国内光纤耦合模块的市场规模约为 62.21 亿元， 激光芯片的市场规模约为 5.29 亿元。而据《2022 中国激光产业发展报告》阐述，国 内光纤激光器市场规模 2021 年实现 32.5%的增速，同时预计 2022 年仍将有 10.6% 增长，可以看出在国内制造业不断升级的过程中，激光设备以及上游的激光器都将 保持较快速度成长，对应激光芯片的市场规模也将实现稳步提升。

2.2、 激光器国产替代如火如荼，本土激光芯片搭乘东风

激光器市场国产替代紧锣密鼓加速进行，以锐科激光和创鑫激光为主的国内激光器 厂商奋发图强扩大份额，带动本土激光器行业国产化率不断提高。据 Laser Focus World 统计，2017 年中国光纤激光器市场规模为 11.53 亿美元，其中国内厂商份额约 为 3.87 亿美元，国产化率 33.6%。2017 年至 2020 年间，国家不断推出相关法律法 规，推动激光技术和激光加工设备产业发展，以锐科激光和创鑫激光为首的国内激 光器厂商份额不断扩大，迅速取代 IPG 等国外厂商的份额，光纤激光器国产化率从 33.6%提升至 56%。

光纤激光器国产化率的提升给上游半导体芯片的国产替代打下基 础。出于技术提升、产业协同、成本和产业链安全等因素考虑，本土激光器厂商在激 光芯片领域开始逐步摆脱进口依赖，采用国产产品。尤其是 2018 年以来，全球贸易 争端频发，基于供应链安全的考虑，激光芯片国产替代进一步加速，产业迎来发展良 机。

中低功率激光器已自给自足，高功率国产化率仍需提升，半导体激光芯片是国产替 代的核心。虽然光纤激光器整体国产化率相较过去 5 年已有较大提升，但由于我国 半导体激光器制造等核心技术落后于国外发达国家，激光产业结构并不均衡。中低 功率激光器已自给自足，高功率激光器国产化率仍有待提高。

根据《2020 中国激光 产业发展报告》，我国低功率光纤激光器国产化率超过 99%，中功率光纤激光器国产 化率超过 50%，高功率光纤激光器在 2013-2019 年间实现从无到有，国产化达到 55.56%。根据 Laser FocusWorld，2018-2021 年间， 3KW-6KW 级别、6KW-10KW 级 别、万瓦级别的高功率激光器国产化率分别从 16%、14%、6%提升至 86%、51%、 49%。随着以长光华芯为代表的本土激光芯片厂商在芯片性能上不断突破逐步追平 甚至超越海外玩家，预计本土光纤激光器在高功率领域亦将有良好进展，带动芯片 市场实现扩容。

2.3、 海外厂商产品完整综合实力强，中国厂商加速追赶缩小差距

海外龙头布局完整，中国厂商奋力追赶补全版图

全球半导体激光芯片及器件市场仍以国外企业为主，以美国贰陆集团(II-VI)、朗美 通（Lumentum）、恩耐（nLight）、IPG 为首的龙头厂商产业链完备，业务范围广， 在技术、规模、产业化上均具备领先优势。中国厂商规模较小，产品序列分散，与国 外厂商仍有较大差距，但近年以长光华芯、武汉锐晶、华光光电、炬光科技为代表 的国内厂商正在加速追赶，逐步以点带面提升性能扩充产品线，实力不断提升。

（1） 在高功率半导体激光系列领域，芯片层面，国外主要厂商有美国贰陆公司、朗美通、 恩耐集团、IPG 等。其中恩耐集团和 IPG 自产芯片仅用于生产自身下游产品，不对 外销售。国内能够提供工业领域半导体激光芯片的公司以长光华芯、山东华光、度亘 光电和武汉锐晶为主。华光光电、度亘光电和长光华芯均为 IDM 模式，具备从芯片 设计、外延生产、晶圆制造等全流程产品制备能力，其中长光华芯在产品技术指标上 显著领先其他竞争对手。武汉锐晶产品主要向关联方锐科激光销售，下游客户覆盖 范围相对有限。器件和模块层面，炬光科技、凯普林、和星汉激光布局了相关业务， 主要通过对外采购芯片进行模块封装供给下游厂商，长光华芯、山东华光等激光芯 片公司亦有所布局。

（2）在 VCSEL 领域，全球龙头公司朗美通和贰陆集团的产业链 成熟，覆盖从芯片到激光器全产业链。国内公司有长光华芯、纵慧芯光等。纵慧芯光 设计和研发能力强，是华为旗舰手机 VCSEL 的主要供应商；长光华芯 VCSEL 芯片 已通过下游客户认证获得订单。

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