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光纤激光器市场调研分析
新特光电集团 2017-05-08 785

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。

首先是使用成本低,光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。其次,光纤激光的柔性导光系统,非常容易与机器人或多维工作台集成。第三,光纤激光器体积小,重量轻,工作位置可移动。第四,光纤激光器可以达到前所未有的大功率(至五万瓦级)。第五,在工业应用上比传统激光器表现更优越。它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量,而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。第六,一器多机,即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。第七,免维护,使用寿命长。最后,由于其极高的稳定性,大大降低了运行中对激光质量监控的要求。简单来说就是高功率下的极好光束质量,高光束质量下的极好电光效率,高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。

早在1961年,美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作,但由于相关条件的限制,其实验进展相对缓慢。而80年代英国Southhampton大学的S.B.Poole等用MCVD法制成了低损耗的掺铒光纤,从而为光纤激光器带来了新的前景。

激光市场的竞争日益激烈。新技术、新应用以及现有技术的不断改进都在不断改变着市场的格局。诞生于60 年代,发展于90 年后的光纤激光器凭借着她的先天性优势不断地扩充自己的地盘,全面向光通讯、大功率激光加工、激光医学、生物技术扩张,特别是她在激光加工和光通讯方面的发展潜力,让业界叹为观止,这位市场的新宠或许会在未来的某一天取代传统激光器。

2012年在全球经济低迷不振的大环境下,激光器制造商在“经济余震”中所经历的不确定性和担忧,在经济大衰退之后的几年内将依然存在。然而从长远销售预期来看,在很多几乎不受地域或者全球性经济衰退影响的领域,激光正在作为一种成熟的、对经济增长发挥重要作用的技术,呈现出上扬态势。尽管预计全球债务危机将会限制2013年的某些资本设备支出,但是激光器有望凭借“能实现制造自动化、提高效率、降低能耗,进而使企业在经济风暴中更具竞争力”的优势脱颖而出。

一、国际光纤激光器市场概述

光纤激光器市场大致被北美、欧洲和亚洲这三个主要地区均分。根据IPG光学公司(Oxford,MA)的销售统计,美洲地区占据其销售的40%份额,欧洲占36%的份额,而亚洲占24%的份额,市场增长迅速。IPG在光纤激光器的市场份额中占据统治地位,其占领光纤激光器市场的75%的份额。

全球最大的光纤激光制造商IPGPhotonics由ValentinGapontsev博士于1991年创建,总部设在美国东部麻省。IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地,并在全球设有销售和服务网点,覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国,并于2006年在美国纳斯达克上市。

二十年来,IPG致力于纵向合成,所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有,同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。

IPG公司在2008~2010年间,其营收分别为2.29亿美元、1.85亿美元和2.99亿美元。2012年全年销售收入为5.625亿美元,年增长19%;毛利率为54.2%,相比2011年持平;营运利润率为37.1%,相比2011年上升0.1个百分点;净收入为1.45亿美元,年增23%,或每股摊薄盈利2.81美元,年增17%。

IPG CEO Valentin Gapontsev博士表示,在应用于材料加工的高功率激光器销售的驱动下,IPG在2012年表现稳健。材料加工产品销售收入在IPG总销售收入中占比最大。2012年第四季度,材料加工产品销售收入同比增长14%。在切割和焊接应用的驱动下,高功率激光器销售收入年增10%。从区域市场表现来看,IPG在大部分区域市场表现都不错,尤其是北美和亚洲市场。

对于2013年,Gapontsev博士表示前景乐观。公司1月份开年订单流就非常强劲,尽管2012年第四季度订单出货比小于1。IPG认为未来光纤激光器技术将继续从传统激光器技术和非激光器技术手中夺取市场份额。虽然一季度相较四季度来说是传统淡季,但IPG预计其2013年一季度销售收入将实现同环比增长。IPG预计其2013年第一季度销售收入将在1.45亿美元到1.55亿美元之间,每股摊薄盈利将在65美分到75美分之间。

光纤激光器是未来新一代激光器技术的发展方向,它具有诸多优势,并且消除了常规固体激光器的不少缺点。随着光纤激光器的发展日益迅猛,国外光纤激光器厂商如雨后春笋般出现,相干、罗芬等激光器巨头为了发展光纤激光器,几乎每年都要收购一两家小公司。其中SPI激光器公司是另一个重要的光纤激光器专业供应商。

SPI最初由英国南安普顿大学光学研究中心于2000年成立,致力于将英国南安普顿大学光电研究中心的高新技术产业化。并于2005年在英国股票交易市场(AIM)上市,2008年9月被TRUMPF公司收购。

该公司起初供应用于电信网的布拉格光栅,到2003年,业务转为光纤激光器。SPI自2004年首次发布光纤激光器以来其光纤激光器产品发展迅速,产品涵盖400W以内连续光纤激光器和40W以内脉冲光纤激光器,并在2011年德国慕尼黑展会上展出了其1kW连续光纤激光器模块。公司的生产在英国进行,而在美国、德国和中国设有办事处,其销售量每年都百分之百地增长,2010年销售额约4000万美元,占全球约10%的市场份额。

亚洲是SPI激光器最大的贸易区,而中国在其中扮演着重要角色。SPI的激光器主要面向工业制造和应用领域。中国是全球制造业的领先者之一,该公司在中国致力于与美国和欧洲相近的技术应用。SPI与科艺仪器有限公司(A&P Instrument公司)——一家专业的激光器销售公司合作,该公司在中国主要工业中心拥有六个办事处。2006年,由于中国业务的不断增长,SPI在深圳建立了一家办事处。

目前光纤激光器的品种丰富,输出方式包括连续、纳秒脉冲、超短脉冲、单频窄线宽、单偏振、超连续光谱等。输出波长包括~1.06μm、~1.55μm、~2.0μm以及蓝绿光等。主要制造商包括:IPG、Nufern、JDSU、SPI、Fianium、Raydiance、Avesta、lumics、Newport、GSI、Jenoptik、Rofin等。

二、我国光纤激光器产业化发展现状分析

我国商用光纤激光器此前全部依赖进口,原因是我们还没有实现光纤激光器的商品化和产业化。我国光纤激光器的研制其实并不落后,已经有好几个单位实现了连续1000W以上的输出功率,但我国光纤激光器的产业化工作明显滞后。进行光纤器件生产和开发的单位虽然非常多,但总体技术水平较弱,当全光纤激光器飞速发展对能量光纤器件提出迫切需求的时候,我国在这方面基本上还是一片空白。

对于我国最早从事光纤激光器研制的单位来说,面对国内的这种局面,发展全光纤激光器基本上没有基础可言,因此,透镜整形聚焦端面泵浦外腔结构的方案成为现实选择。这种结构很接近传统的全固态激光器,对光纤技术的依赖程度很低,采用非光纤技术即可制作。但是,实践证明,光纤激光器只有采用全光纤结构才能充分体现整体的一致性、完整性、和谐性和匹配性,采用充分展现光纤激光器的优势,因此,全光纤结构方案更加符合光纤激光器发展的本质规律。所以,在世界范围内全光纤激光器成为主流方案有其必然性。

2005年以来,中国光纤激光器年需求量在5000台以上。2006年仅IPG公司在国内就销售了1400台光纤激光器。专家预计,我国在“十二?五”初期对光纤激光器的年需求将达到1万套。在巨大的民用和军用需求背景下,已经有数十家单位在开展双包层光纤激光器的研究,取得了很大的进展。

面对国外大公司的垄断局面,国产光纤激光器面临着巨大挑战,国内公司和研发机构也在加紧研发和奋力追赶。我国作为激光加工大国,其中, 2006年底华北光电技术研究所采用新型掺镱光纤,研制出平均输出功率达1207W的光纤激光器;07年底上海光机所在2微米波段光纤激光器获得70W的功率输出;同期武汉锐科公司成功研发出25W脉冲光纤激光器样机并准备实现产业化,将达到年2000台的规模,力争实现销售达到1亿元。

2012年11月15日,受数控机床专项办委托,湖北省科技厅组织专家在武汉召开了由武汉华工激光工程有限责任公司、锐科光纤激光器技术有限责任公司和华中科技大学完成的“4kW全光纤激光器”科技成果鉴定会,郑春白副厅长、成果处黎苑楚处长出席鉴定会。

“4kw全光纤激光器”项目系华工激光、锐科光纤和华中科技大学联合承担的“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项子课题。光纤激光器因体积小、效率高、光束质量好、节能环保等多方面的优势,被誉为第三代最先进的工业加工激光器,尤为重要的是,其光纤传输特性也保证了其可以很方便的跟机械手相衔接,实现柔性和智能化加工,是柔性加工装备的核心器件。

项目成果主要运用于飞机、船舶、汽车制造及军工领域,该成果的成功研发及产业化将彻底改变高功率光纤激光器依赖进口、核心技术和知识产权受制于国外的状况,为我国高功率数控激光加工系统嵌入“中国心”。

三、市场开发策略

随着光纤激光技术的迅速发展和成熟,光纤激光器的特点和优势已被人们所认识,市场需求和应用逐年在大幅增加,存在很大的市场机会。

1.瞄准市场

这是低投资、低风险获取最大利益的最快途径。随着需求的快速增长,世界主要供应商不可避免地将他们有限的资源集中在北美和欧洲主要市场,而在中国,目前光纤激光器的生产供应厂家还没有实现商品化和产业化。

2.降低成本和增加产品附加值

光纤激光技术发展初期专业化程度较低。制造商必须自己开发大多数关键技术,如CD光纤、组合器、光栅和泵源。随着市场 的大规模化和透明度越来越高,专业化的公司通过提供特定的元件或模块进入市场。这些公司能发挥他们的特定优势开发激光器的某一模块而不是整个激光器。他们的加入会大幅度的降低市场进入门坎,降低材料成本。随着市场规模的扩展,将最终实现批量化生产。

3.寻求技术突破

尽管光纤激光器在效率、可靠性、高功率、高亮度和体积方面具有无可置疑的优点,但是它的某些缺点限制了它更广泛的应用。当目前的主要供应商如IPG和SPI在集中发展它的高功率优点时,国内厂商可以考虑扩展光纤激光器的应用,在其他方面寻求突破。

4.产品应用状况

目前调研了华东、华南、华中地区的将近50家激光设备系统集成商,关于光纤激光加工设备年需要2000台以上,其中小功率10-30W光纤激光器用量最大,占整个光纤激光加工设备的70%以上,100-400W占光纤激光加工设备总量的5%,主要用于激光器切割、焊接、激光打孔;500W以上大功率光纤激光加工设备占设备总量的25%,主要用于激光切割。

四、结论

大功率光纤激光器具有广泛的市场需求,在巨大经济利益驱使下,将成为国内激光器厂家今后的必争之地,而且会产生激光器行业的巨头企业。借鉴其他行业看,如电视、手机等,国外激光器退出中国市场是迟早的事情。

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