三、超快激光器的产业现状

（二）产业链上游

　　经过数十年发展，在全球范围内超快激光器的核心理论和基础性的通用技术均已相对成熟，但对器件的掌控与理解、对工艺和参数的理解等，构成了超快激光器企业的核心竞争力。例如，主要的激光调制技术可以实现高功率和超快激光输出，模式控制技术可以保证在高功率激光输出的同时光束质量不会下降。然而，激光调控技术的实现必须以优质的核心器件为基础，核心器件性能的高低直接决定了可输出激光功率和质量的上限。

　　超快激光器的两大核心诉求：高稳定性的超短脉冲、高脉冲能量。除传统激光器本身的泵浦源等核心器件之外，超快激光器（特别是飞秒激光器）还有自身独特需求的器件。通常，可以利用锁模技术获得超短脉冲，利用CPA放大技术获得高脉冲能量，其中涉及的核心部件包括振荡器、展宽器、放大器和压缩器等。其中，振荡器和放大器技术难度最高，也是一家超快激光器制造企业的核心技术。

图表16  超快激光器的核心器件

　　泵浦源。在所有核心器件中，泵浦源为最关键的供能器件，其功率高低和性能稳定性直接影响输出激光性能。LD 泵浦（半导体激光器）是激光器的主流泵浦源，而稳定的高功率泵浦能够在单位时间内激励更多粒子完成跃迁，是光纤激光器能够稳定输出高能激光的关键保障。目前国内超快激光器企业主要采购美国nLIGHT公司的泵浦源，但在相对低端、要求不高的应用领域（如低端玻璃切割领域），可以换成国内长光华芯、度亘激光、武汉锐晶等厂家的泵浦源。

　　增益光纤。特种增益光纤是光纤激光器另一关键核心器件，其损伤阈值的高低决定输出激光功率的“天花板”。高功率是超快激光器未来的主要发展方向，但是高功率激光极易损伤光纤端面，降低激光器安全性和使用寿命，是限制激光器实现更高功率输出的最大限制之一。丹麦NKT公司是全球领先的高性能光纤激光器、光纤传感系统和光子晶体纤维供应商，占据了全球超快光纤激光器所使用的光子晶体光纤大部分市场份额。NKT公司于2017年下半年收购瑞士超快激光制造商One Five公司，开始大规模出货飞秒激光器和皮秒激光器。此外，加拿大CorActive（已被大族激光收购）和Nufern（美国相干子公司）) 也具备特种光纤的生产能力。

　　光栅。脉冲展宽器和压缩器需要一种特殊的反射型布拉格光栅。由于在光束传播的方向上光栅的周期逐渐发生变化，当光从一个方向入射时，激光脉冲将在时间上进行展宽；当光沿相反方向传播时，激光脉冲将在时间上被压缩。啁啾体布拉格光栅产品专为飞秒及皮秒脉冲展宽和压缩而设计。美国OptiGrate Corp是啾体布拉格光栅技术（VBG）的先驱，在该领域占据全球领导地位。2017年OptiGrate Corp被全球光纤激光器龙头IPG收购。此外，美国的ONDAX公司也具备制造布拉格光栅能力。目前国内VBG生产商较少，依然需要大量从海外进口，国内的代理商包括上海昊量、筱晓光子等公司。

　　超快激光器的芯片、特种光纤、布拉格光栅、泵浦源等，大多由专业的电子制造企业生产。芯片（20 %-30 %）+光纤（15 %-20 %）+泵浦源（20 %）占了超快激光器总成本的约70%。目前国内超快激光器所采用的芯片、光纤、光栅等高端核心零部件80%—90%均依赖进口，但同时具备国产替代方案，主要用于中低端领域。

　　比较而言，进口器件性能更好、价格昂贵，国产器件性能有差距但价格优惠，超快激光器厂家的可选择方案较多，不存在较大的供应链风险。另外，核心器件是每家超快激光企业的必争之地，国内极少数企业实现了自制种子源（如国神光电）。随着技术不断突破以及国产芯片、光纤、光栅、泵浦源等上游企业的成熟，未来核心器件也可能完全实现国产替代，激光器成本将大幅下降，国产超快激光器的性价比有望进一步提升。

（三）产业链下游

　　超快激光在真正意义上实现了冷加工，在精密加工方面有显著优势，随着超快激光器的生产工艺逐渐成熟，成本逐渐下降，未来有望广泛应用于医疗生物、航空航天、消费电子、照明显示、能源环境、精密机械等下游行业。

　　医疗美容：超快激光可用于医疗中的眼科手术设备和美容设备。飞秒激光被用于近视手术，被誉为继波前像差技术之后“屈光手术的又一次革命”。近视患者的眼轴大于正常眼轴，使得在眼球调节松弛状态下，平行光线经眼的屈光系统折射后的焦点落在视网膜之前。飞秒激光手术可以去除眼轴维度上多余的肌肉，使眼轴距离恢复正常。飞秒激光手术具有准确性高、安全性高、稳定性高、手术时间短、舒适性高等优点，已经成为当前最主流的近视手术手段之一。 在美容方面，超快激光可用于去除色素和原生痣、去除纹身等，也可以用来改善肌肤的衰老情况。

　　消费电子：超快激光适用于消费电子制造过程中的硬脆透明材料加工、薄膜加工、精密打标等。手机钢化玻璃和蓝宝石是消费电子原材料中比较有代表性的硬脆透明材料，尤其是蓝宝石，由于其硬度高，脆性大，使用传统的机械加工方式效率和良品率很低；蓝宝石现在已经比较广泛地应用于智能手表、手机摄像头盖板、指纹模组盖板等；纳秒紫外激光和超快激光是目前切割蓝宝石的主要技术手段，超快激光的加工效果比紫外纳秒激光更好。此外，摄像头模组、指纹模组使用的加工方式，也以纳秒和皮秒激光为主。未来柔性手机屏（可折叠屏）的切割、及对应的3D玻璃钻孔，主流技术也大概率是超快激光。超快激光在面板制造中，也有重要应用。OLED偏光片的切割、LCD/OLED制造过程中的剥离及修复，都可使用超快激光。

图表17  手机指纹模组加工

　　半导体：超快激光在半导体领域的应用包括LED/OLED照明领域、光伏领域以及晶圆切割领域等，在半导体领域的应用也将是未来短时间内超快激光市场增速最快的领域之一。超快激光在照明领域的应用主要是指LED晶片的划线和切割，这也是超快激光适合硬脆材料加工的又一例证，超快激光加工的截面平整度高，崩边显著减少，效率和精度都大大提升。超快激光在光伏电池的制造中应用空间广阔。随着晶圆制造往更小、更精、更密发展，对于切割、开槽、钻孔等工艺的精细化要求也会越来越高，超快激光也将成为晶圆加工领域的最优选择。

图表18  超快激光应用在LED划片中的效果图

　　航空航天：为提高涡轮叶片的性能和使用寿命，进而提高发动机的性能，需要采用气膜冷却技术，这对气膜孔加工技术提出了极高的要求，2018年西安光机所开发出国内最高单脉冲能量的26瓦工业级飞秒光纤激光器，并研制出系列化超快激光极端制造装备，实现了航空发动机涡轮叶片气膜孔的“冷加工”突破，填补了国内空白，这种加工方法较电火花加工等方法精度更高，成品率大大提升。

图表19  航空发动机涡轮叶片气膜孔的“冷加工”

　　超快激光还可应用于纤维增强复合材料的精密加工，加工精度的提升，有助于碳纤维等复合材料在航空航天等高端领域应用拓展。

图表20  超快激光加工碳纤维

　　超快激光器下游应用市场广阔，主要为超精密加工、冷加工、高价值易损材料加工、柔性材料加工等领域，超快激光器加工可替代传统刀轮、刀具/模具、等离子加工等高精密加工市场，且具有节能、高效、环保等优势，应用场景广阔，是新兴蓝海市场。

　　（未完待续）