瞻觀前沿

近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員研制出有史以來(lái)第一個(gè)芯片集成的摻鉺波導(dǎo)激光器。該激光器性能接近基于光纖激光器，且將精確可調(diào)波長(zhǎng)與芯片級(jí)光子兩大實(shí)用性特點(diǎn)合二為一。這一突破發(fā)表在新一期《自然光子學(xué)》雜志上。

研究人員使用最先進(jìn)的制造工藝開發(fā)了這個(gè)芯片級(jí)激光器。他們首先在超低損耗氮化硅光子集成電路上，構(gòu)建了一個(gè)片上光腔(一組提供光反饋的鏡子);然后，在電路中植入高濃度鉺離子，以選擇性地產(chǎn)生激光所需的有源增益介質(zhì);最后通過激發(fā)鉺離子使其能夠發(fā)光并產(chǎn)生激光束。

研究人員表示，該芯片級(jí)鉺基激光器的性能優(yōu)于許多傳統(tǒng)系統(tǒng)。它保持了與當(dāng)前半導(dǎo)體制造工藝的兼容性，這對(duì)于在傳感器、陀螺儀、激光雷達(dá)和光頻計(jì)量等設(shè)備中的應(yīng)用非常重要。除了以上應(yīng)用領(lǐng)域，這一將波導(dǎo)激光器小型化并集成到芯片級(jí)設(shè)備中的成果，還適用于電信、醫(yī)療診斷和消費(fèi)電子產(chǎn)品中的便攜式和高度集成系統(tǒng)。

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

歷經(jīng)多年的發(fā)展，中國(guó)激光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。激光產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括光源材料、光學(xué)元器件及其他組成激光器的材料;中游主要為各種激光器、機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)，其他例如電源、散熱器、傳感器、分析儀、防護(hù)鏡等;下游則是成套的激光設(shè)備，如激光切割機(jī)、激光焊接設(shè)備、激光打標(biāo)機(jī)等。激光產(chǎn)業(yè)鏈的終端應(yīng)用領(lǐng)域涉及交通、醫(yī)療、電池、家電、商業(yè)用途等。

研究人員研制出有史以來(lái)第一個(gè)芯片集成的摻鉺波導(dǎo)激光器，該激光器性能接近基于光纖激光器。因此，從激光產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——全球激光器市場(chǎng)規(guī)模

激光是20世紀(jì)60年代的新光源，具有方向性好、亮度高、單色性好和高能量密度等特點(diǎn)。以激光器為基礎(chǔ)的激光工業(yè)在全球發(fā)展勢(shì)頭迅猛，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等方面，形成了光纖通信，激光光譜、激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光切割、激光武器、激光美容和激光掃描等行業(yè)。

從激光器市場(chǎng)來(lái)看，2014-2022年，全球激光器市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)上漲，2022年，全球激光器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)201億美元，同比上漲8.8%。

——中國(guó)激光器市場(chǎng)規(guī)模占比約為67%

中國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，近年來(lái)激光在我國(guó)制造業(yè)尤其是裝備制造業(yè)中的應(yīng)用比例不斷提升，相應(yīng)的全球激光銷售重點(diǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)移到了中國(guó)。根據(jù)Laser Focus World及Photonics Views發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)激光器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到135億美元，占全球激光器市場(chǎng)規(guī)模之比約為67%。

——中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)總規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大

中國(guó)激光市場(chǎng)結(jié)構(gòu)主要分為激光加工設(shè)備、光通信器件與設(shè)備、激光測(cè)量設(shè)備、激光器、激光醫(yī)療設(shè)備、激光元器件等。2016-2022年，我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)總規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)2022年中國(guó)激光元器件、激光器、激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模，2022年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)整體市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)2186億元，同比增加6.4%。

——我國(guó)激光器國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)

我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，激光器市場(chǎng)被IPG等進(jìn)口品牌壟斷，激光器價(jià)格高昂導(dǎo)致一臺(tái)高功率激光切割設(shè)備價(jià)格在數(shù)百萬(wàn)元。但近年來(lái)，我國(guó)激光器國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)，根據(jù)中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心發(fā)布的數(shù)據(jù)，從市場(chǎng)滲透率來(lái)看，在1-3KW功率段光纖激光器市場(chǎng)，2022年國(guó)產(chǎn)光纖激光器市場(chǎng)份額達(dá)97.3%，已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化;在3-6KW功率段光纖激光器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)激光器滲透率由2018年的15.8%迅速提升至2022年的95.7%;在6-10KW功率段光纖激光器市場(chǎng)，2022年國(guó)產(chǎn)滲透率達(dá)到58.6%。在10KW以上功率段光纖激光器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)激光器滲透率更是從2018年的5.7%快速增長(zhǎng)至2022年的64.1%。

——工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛

激光技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在全球和國(guó)內(nèi)都已經(jīng)延伸到了工業(yè)甚至人們生活的各個(gè)方面。激光技術(shù)影響較大且市場(chǎng)規(guī)模、潛力較大的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域主要包括光通信領(lǐng)域、材料加工領(lǐng)域、準(zhǔn)分子印刷領(lǐng)域、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域、醫(yī)療美容領(lǐng)域等。

我國(guó)激光設(shè)備主要應(yīng)用在工業(yè)、信息、商業(yè)、醫(yī)學(xué)以及科研領(lǐng)域。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心數(shù)據(jù)顯示，2021年工業(yè)領(lǐng)域激光設(shè)備市場(chǎng)占比最大，達(dá)62%，其次為信息領(lǐng)域激光設(shè)備市場(chǎng)，占比達(dá)22%。

——2029年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)?；虺?500億元

我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，然而與世界制造業(yè)大國(guó)相比，我國(guó)激光在對(duì)制造業(yè)尤其是裝備制造業(yè)中的應(yīng)用比例偏低，僅為30%。而美、日、德激光在裝備制造業(yè)中的應(yīng)用比重均超過了40%，其中德國(guó)高達(dá)46.4%，高出我國(guó)16.4個(gè)百分點(diǎn)。這也是造成我國(guó)工業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)緩慢的一個(gè)原因。與此同時(shí)，激光在制造業(yè)的應(yīng)用比例差距也可以看到我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的巨大市場(chǎng)潛力。在未來(lái)國(guó)家一系列產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及工業(yè)結(jié)構(gòu)改造過程當(dāng)中，激光產(chǎn)業(yè)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)正處于成長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)2024-2029年，我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將以20%左右的增速增長(zhǎng)，到2029年產(chǎn)業(yè)規(guī)模或超7500億元。

中國(guó)激光技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與激光關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南地區(qū)，并且以廣深為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來(lái)布局激光技術(shù)及其他先進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省深圳市龍華區(qū)及寶安區(qū)、廣東省廣州市天河區(qū)所處激光產(chǎn)業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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