常州激光产业发展的路径选择及对策建议

常州激光产业发展的路径选择及对策建议常州市电子学会课题组一、激光产业概况（一）激光技术简介激光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，缩写LASER），是指窄幅频率的光辐射线通过受激辐射放大和必要的反馈共振，产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。激光技术起源于20世纪60年代初期，是20世纪能够与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。1.激光器件激光技术的核心是激光器件，激光器件有以下几种：(1)气体激光器气体激光器可分为原子、分子、离子气体激光器三大类。其特点是：（1）波长较宽，几乎分布了从紫外到红外的整个光谱区。（2）输出光束质量较好。（3）可实现大功率连续输出，可达到万瓦级。（4）结构简单，成本低。主要用于医学、育种、材料加工等领域。(2)固体激光器固体激光器是将产生激光的粒子掺于固体基质中。基质材料分为玻璃和晶体两大类。特点是（1）可获得大的激光能量输出，峰值功率高。（2）结构紧凑，牢固耐用。（3）固体激光器需要有光源加以驱动。主要用于工业加工、国防、科研等领域。(3)半导体激光器这是目前发展最快，用途最广的激光器件。其原理和材料与LED类似，都是氮化镓等化合物半导体材料和工艺，与LED只是结构工艺不同。特点是（1）体积小，效率高。（2）工艺成熟，结构简单。（3）价格便宜。（4）用途广泛。主要用于光纤通信、激光视盘、激光显示、激光照明等领域。也可作为固体激光器的光源。(4)液体激光器主要有染料激光器和无机液体激光器两大类。特点是（1）波长范围宽。（2）可产生超短脉冲。（3）可获得窄的光谱。主要用于科研和国防领域。(5)化学激光器其特点是能把化学能直接转换为激光能，不需要外加光源和电源，可获得高功率输出。主要用于军事领域。(6)自由电子激光器特点是波长可以在很宽范围，转换效率高。主要用于科研和军事。(二）激光产业链概况至今，与激光相关的产品和服务已经遍布全球，形成了丰富和庞大的激光产业。激光产业是发展速度极快的高新技术产业之一，它已经渗透到各行各业，已形成了完整、成熟的产业链分布。从激光产业的产业链分布（如图1所示）可以看出，激光产业链上游主要包括激光材料及配套元器件，中游主要为各种激光器及其配套设备，下游则以激光应用产品、消费产品、仪器设备为主。图1激光产业的产业链（按延展到应用领域划分）激光产业的发展正在进入以半导体激光器为主体的第四个发展阶段，各种先进的激光加工装备与加工技术层出不穷。全球激光器（包括配套设施）市场主要可划分为三大区域，美国（包括北美）约占55%，欧洲约占22%，日本及太平洋地区占23%。从图2可以看出，2012年全球超过80%的激光器销售收入仍维持在光通信与光存储、激光材料加工与准分子光刻、激光医疗与诊断三大阵营。图22011年各类应用激光器收入所占比例伴随着全球激光市场的稳步增长，中国激光产业也开始发力，国内涌现出一批从事研制、生产和经营激光器和激光加工设备的研发机构和企业。目前，国内激光企业主要集中在湖北、北京、江苏、上海和广东（含深圳、珠海特区）等经济发达省市。从图3的激光产业区域分布来看，中国已基本形成以上述省市为主体的四大激光产业群，分布在华中、环渤海、长三角、珠三角四个地区。区域内工业激光器、元器件和激光加工系统（包括激光标记、划线、微调、切割、焊接、表面处理、微加工、直接成型等）约占国内总市场80%份额。图3中国激光产业分布区域二、全球激光产业概况（一）全球激光产业主要市场图4和图5分别为全球激光器和激光系统的销售收入情况。2012年，激光器的全球总销售收入超过20亿美元，增长率约为7%；激光系统的全球总销售收入接近75亿美元，增长率约为6%。从激光器的应用类别看，激光器在金属加工领域的销售比重最高，约占激光器总销售收入的70%。在激光加工领域，2012年激光器的销售收入约为15亿美元。与2011年相比，2012年激光成套设备销售收入全球分布没有出现大幅变化，亚洲继续领跑全球市场，几乎占全球总销售收入的一半。欧洲正面临着较大的市场压力，一直维持在约30%的份额，北美因在2012年制造业表现强劲，赢得了17%的份额。图4全球激光器销售收入情况图5全球激光系统销售收入情况图6按应用领域分激光器销售收入图72012年全球主要地区激光成套设备销售收入占比（二）全球主要激光企业及产品表1.全球主要激光企业及部分产品企业名称2012年销售收入(亿美元）产品名称产品类别技术参数应用领域美国Coherent7.69SapphireTM系列激光器半导体激光器输出功率可达20mW，50mW或75mW，低噪声（20Hz到2MHz，0.25%RMS），安装了USB，RS232和模拟接口端口以便于安装和操作生命科学Genesis系列固体激光器波长分别为1064nm、532nm、355nm、266nm生物医学PaladinAdvanced355-24000固体激光器波长355nm，输出功率高于24W（80MHz），光束质量（M21.2）、光斑指向稳定（20μrad/℃）、功率稳定（±2%）以及低噪声（1%rms，从10Hz到2MHz加工，微电子制作DIAMOND系列CO2激光器CO2激光器10.6μm、9.4μm、调Q、可调谐、单频、THz源工业用激光源AVIA系列激光器光纤激光器可输出335nm（110kHz），33瓦的激光光束微电子制造美国SynradV系列CO2激光器波长：10.57～10.63μm，光输出(Power)：20W、30W、40W，横向模式束TEMOO：95%，光束质量M2范围为1.1±0.1，椭圆＜1.2，上升时间＜100μsec，光束直径2.0mm、2.5±0.5mm、2.0mm切割和钻孔塑料48-系列CO2激光器波长：10.2～10.8μm、10.57～10.63μm，光输出功率10W、25W、50W，光束质量M2＜1.2，椭圆＜1.2，上升时间＜150μsec，光束直径3.5mm打标、雕刻、小型切割t系列CO2激光器波长：10.57～10.63μm，光输出功率：60W、标记和雕刻80W、100W，光束质量M21.2，椭圆＜1.2，上升时间＜75μsec，光束直径2.0±0.3mmf系列CO2激光器波长：10.2～10.7μm，光输出功率：100W、200W、400W，光束质量M21.2±0.1，椭圆＜1.2，上升时间＜150μsec，光束直径4.0mm、4.5mm高速部件标记p系列CO2激光器波长：10.2～10.7μm、10.5～10.7μm，光输出功率100W、250W，光束质量M21.2，椭圆＜1.2，上升时间＜40μsec，光束直径8.5mm±1.1mm、7.5mm±1.1mm高功率激光加工美国Newport5.95Spitfire®Ace™固体激光器超过12W的输出功率，光束质量(M21.3)，可在1、5和10kHz配置材料加工Explorer®XP532-5固体激光器提供1W，355nm和5W，532nm的单模输出激光焊接InSight™DeepSee™脉冲激光器波长调谐范围：680～1300nm，集成式DeepSee™色散补偿多模式成像Mosaic™532-11脉冲激光器一体式封装，提供11W绿光，30～300kHz工业美国IPG5.62YLR-SM系列连续波单模掺镱光纤激光系统光纤激光系统10～2000W输出功率；光束质量TEM00(M21.1)；超过25%的电光转换效率；免维护运行；即插即用设计；风冷或水冷；超过100000小时的泵浦二极管的寿命；单模光纤传输工业、医疗、科研TLR系列高功率单模掺铥光纤激光系统光纤激光系统较宽的波长选择范围（1.8～2.1μm）；最高达150W的输出功率；单模运行（M2＜1.05）;单模光纤传输；低噪声和高稳定性；小型化和空冷；RS-232或GPIB控激光医学、中红外晶体激光和OPO泵浦、污染控制；材料加工、科学研究制接口YLR-LP系列10W到500W连续波单模线偏振掺镱光纤激光系统光纤激光系统10～500W输出功率；线性偏振（ER17dB）；波长范围1060～1080nm；超过20%的电光转换效率；光束质量TEM00(M21.1)；风冷或水冷；超过50000小时的泵浦二极管的寿命；免维护操作；单模光纤传输材料加工、SHG应用、医学领域、科学研究DLR系列光纤引线二极管工业级激光系统工业级激光系统激光功率最高达1000W；光纤传输；电光转换效率最高45%；空冷或水冷；高可靠性；免维护；直接调制到50kHz铜、塑料焊接、去除油墨YLM系列1-50W单模连续波掺镱光纤激光器光纤激光器最高达100W的光学输出功率；光束质量M21.1；固定波长1030到1120nm；单模光纤传导距离可达20米；体积小；超过50000小时的泵浦二极管寿命；风冷；线偏振模式可选微机械加工、雕刻、切割、材料处理和打标YLP系列高功率脉冲掺镱光纤激光器光纤激光器标准YLP系列掺镱光纤激光模块提供平均功率从5到100瓦的脉冲激光，脉宽从80ns到500ns。激光的输出端配有1到8米带金属护套的光纤传导线，输出端配备准直扩束镜，光束质量接近衍射极限（M22），扩束后的光束直径为2到15mm，中心辐射波长在1060到1070nm之间高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学美国II-VIINFRARED5.34扫描激光系统光学元件光学元件可选工作波长9.2至10.6μm；可钻过孔直径75至300μm；整个部件由一至五个光学元件组成；具有可选的保护窗口；具有低损耗的增透膜标刻、雕刻、快速成型、电路板过孔打眼、布料切割、纸张切割用于大功率CO2激光系统的MP-5超低吸收率透镜光学元件通常吸收率为0.10%以下，它能透射可见的CO2激光系统HeNe激光，以便进行光束校直、安全作业和切割/焊接监控，而且它的热透镜效应也有所降低用于CO2激光系统的分光镜光学元件标准分光镜提供的楔角为6至10弧分。这个楔角可以显著降低由第二表面反射带来的干扰，这种反射会造成标准具效应从而影响光学性能CO2激光系统德国Trumpf31.39TRS聚焦镜组加工光束引导聚焦镜组的自由孔径为50mm，具有一个回转轴，激光束绕着这个回转轴可以根据设定的角度对准工件。并且还配有焊嘴，作用是到从同轴方向和侧方输入焊接气体。可插入的反射镜具有100mm到300mm的焦距焊接TLS聚焦镜组加工光束引导聚焦镜组的自由孔径为50mm，特点是具有一个直线轴，激光束绕着这个回转轴可以根据设定定位在工件上。并且还配有焊嘴，作用是到从同轴方向和侧方输入焊接气体。可插入的反射镜具有100mm到300mm的焦距焊接TruFlow系列激光器CO2激光器快速轴流大功率CO2激光，功率高达10000W，激光束的波长在远红外波段，即10.6μm激光焊接、激光切割、表面处理TruDisk系列碟片式激光器固体激光器激光器的功率涵盖功率1至16kW的宽大范围，光束质量2至25mm³mrad切割，焊接，扫描焊接，厚板焊接，复合焊接TruLaser1000系列激光切割机拓展了可切割材料范围如黄铜、紫铜等；实现一台激光两种应用，低开动率下保持经济有效性；占地面积极小加工，切割TruMark3000系列激光打标机只有四个组件：扫描仪、激光头、混合电缆和电打标、表面结构化、表面精加工源。大大超过10kW的脉冲功率、衍射损耗少的激光束、开放式的接口结构、空冷式激光头和易于接近的控制系统组件，它的Nd：YAG激光器在整个产品周期的表现稳健，产生最小的维护成本。德国Rofin5.40DILAS半导体激光系列半导体激光器提供630nm的到2200nm的波长范围激光焊接PowerLineF20IC光纤激光器完全空气冷却，波长1065nm+/-5nm，达标范围180*180mm，功耗大约为300W打标FL系列光纤激光器传输光纤芯径可以为50到600μm，光束质量仅为M2≤0.4mm³mrad材料加工NuQ系列光纤激光器输出功率为20W、30W