机械设备行业激光产业链系列报告之七：技术成熟优势渐显超快激光未来可期-20190614-华泰证券-31页.pdf

谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 1 证券研究报告证券研究报告行业研究/专题研究 2019年06月14日 机械设备 增持（维持）章诚章诚 执业证书编号：S0570515020001 研究员 021-28972071 彭茜彭茜 执业证书编号：S0570517060001 研究员 021-38476703 肖群稀肖群稀 执业证书编号：S0570512070051 研究员 0755-82492802 李倩倩李倩倩 执业证书编号：S0570518090002 研究员 关 东 奇来关 东 奇来 执业证书编号：S0570519040003 研究员 021-28972081 黄波黄波 0755-82493570 联系人 时彧时彧 021-28972071 联系人 1机械设备机械设备:5 月挖机销量减月挖机销量减 2.2%，关注龙头企业，关注龙头企业2019.06 2机械设备机械设备:行业周报（第二十三周）行业周报（第二十三周）2019.06 3 亿嘉和亿嘉和(603666,买入买入):股权激励业绩要求体现公司发展信心股权激励业绩要求体现公司发展信心2019.06 资料来源：Wind 技术成熟优势渐显，超快激光未来可期技术成熟优势渐显，超快激光未来可期 激光产业链系列报告之七超快激光技术逐渐成熟，建议关注国产超快激光相关企业超快激光技术逐渐成熟，建议关注国产超快激光相关企业 中国传统制造业正面临深度转型和升级，激光技术在消费电子、新型显示、激光内雕、生物医疗等领域获得了越来越多的应用，这些新的需求对激光加工精细度的要求变得更加苛刻。超快激光加工技术与传统激光技术相比具有很多优点，加工精度高，应用范围广泛，无明显热效应。我国超快激光器行业处于快速成长阶段，国内龙头企业开始展开在超快激光领域的布局，有望较快占领国内市场并实现出口，拉动相关公司业绩。投资建议：推荐锐科激光，建议关注大族激光和科创板拟上市的创鑫激光。应用优势凸显，市场前景广阔应用优势凸显，市场前景广阔 超快激光凭借其独特的“冷”加工优势，在多种激光加工及应用领域表现出色。在未来可能广泛应用于材料加工、消费电子、医疗美容、光伏能源、航空航天、精密测量等高新技术领域。根据 Mordor Intelligence 统计和预测，2018 年全球超快激光器市场规模达 33.7 亿美元，到 2024 年有望超过128 亿美元，CAGR 为 25.02%。根据2019 中国激光产业发展报告，2017 年我国超快激光器市场约 13.5 亿元人民币，预计 2020 年将会超过50 亿元人民币，CAGR 为 54.72%。海外巨头领跑全球，国内厂家争先发海外巨头领跑全球，国内厂家争先发展展 当前全球超快激光市场由海外超快激光厂商主导，既包括传统的激光行业巨头，例如德国通快，美国相干，美国 IPG，丹麦 NTK 等；也包括诸多专精于超快激光技术的后起之秀，例如法国 Amplitude，美国 MXR，美国 IMRA America 等。国内市场而言，当前大部分产品仍旧依靠进口。国内激光厂家也纷纷投入到超快激光研发中来，既包括大族激光这样的龙头企业，也包括像华日激光、国神光电等一批海归人才创办的高新技术企业。国内龙头借鉴海外巨头，并购国内龙头借鉴海外巨头，并购+研发双驱动，国产替代进口研发双驱动，国产替代进口来日可期来日可期 国外传统激光行业巨头通过研发+并购双轮驱动模式，迅速完成了超快激光领域的布局。锐科激光作为国内光纤激光器行业龙头，科研水平首屈一指，无论是技术积累和人才储备都有着强大的优势，同时公司还拥有着良好的市场渠道和客户资源。锐科激光拟收购处于国内超快激光第一梯队的国神光电，实现强强联合，依托自身的技术和市场优势，迅速进入超快激光领域，占领超快激光技术高地，在国内市场获得一席之地。此外，国内主要布局超快激光器的公司有大族激光、安扬激光、贝林激光、华日激光（华工科技子公司）和诺派激光等。风险提示：宏观经济增长不及预期，中美贸易摩擦导致下游投资缩减，产品研发与产业化进度不及预期。(19)(9)1112118/0618/0818/1018/1219/0219/04(%)机械设备沪深300一年内行业一年内行业走势图走势图 相关研究相关研究 行业行业评级：评级：行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 2 正文目录正文目录 超快激光：诺奖加持，行业新宠.5 诺奖揭晓，CPA 技术荣膺.5 CPA 技术突破瓶颈，超快激光成行业新秀.5 超快激光的前世今生超快激光技术解析.6 激光原理：激光是如何产生的？.6 超快激光：激光器家族的年轻成员.6 技术革新：超快激光的进阶之路.7 CPA 技术：超快激光发展之路的里程碑.9 应用优势不断凸显，超快激光未来可期.10 超精密“冷”加工超快激光的独特优势.10 应用领域不断扩展，超快激光迎来历史机遇.11 超快激光潜在市场可观，国内外厂家争相发展.14 超快激光市场增速明显，市场前景广阔.14 海外龙头领跑全球，并购频频强者恒强.15 德国通快：激光器及机床制造领域的领导者.15 美国 IPG：全球光纤激光器的领头羊.15 美国相干：全球领先的激光技术供应商.16 丹麦 NTK Photonics：光纤激光器及核心零部件的领先供应商.16 美国 MKS：多元化的全球仪器供应商.17 Amplitude：专精于超快激光器的行业龙头.18 Clark-MXR：诺奖得主联合创始的专业超快激光器供应商.19 EKSPLA：东欧工业激光器的领导者.19 IMRA America：超快激光器研发，制造和应用的世界领先者.20 Laser Quantum：世界一流的超快激光源制造商.20 Menlo Systems：专注于光学精密测量的超快激光器供应商.21 国内厂商奋起直追，国产替代潜力无限.22 华中激光产业带：紧密依托光谷优势，超快激光技术领先.23 珠三角激光产业带：激光产业已具规模，超快激光蓬勃发展.24 长三角激光产业带：激光产业链完善，高科技企业集群.25 环渤海激光产业带：IT 通信企业密集，超快激光需求旺盛.27 海外巨头发展经验下的投资思路：研发+收购双轮驱动.29 关注锐科激光：拟收购上海国神，强强联手.29 风险提示.30 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 3 图表目录图表目录 图表 1：激光发展史重要节点一览.6 图表 2：激光器工作原理示意图.6 图表 3：激光器分类.7 图表 4：激光器按照输出形式分类及应用领域.7 图表 5：超快激光发展关键技术节点.8 图表 6：激光强度的演化历程.8 图表 7：创鑫激光新一代 20W 声光调 Q 脉冲光纤激光器.8 图表 8：CPM 染料激光器结构.9 图表 9：首次 CPA 技术的实验光路图.9 图表 10：CPA 结构的示意图.9 图表 11：长脉冲激光加工过程.10 图表 12：飞秒脉冲激光加工过程.10 图表 13：超快激光加工与长脉冲激光加工特点对比.10 图表 14：纳秒(a)和飞秒(b)激光对钢片的加工.11 图表 15：超快激光在消费电子领域的应用.11 图表 16：超快激光应用于手机全面屏切割产线.11 图表 17：飞秒激光治疗眼科手术.12 图表 18：心脏支架的超精密切割.12 图表 19：经激光斜孔加工后的发动机叶片.12 图表 20：经飞秒激光清洗的航空滤网.12 图表 21：飞秒激光钙钛矿薄膜太阳能电池精密加工设备.13 图表 22：飞秒激光加工的三维锂电池.13 图表 23：透视式太赫兹时域光谱系统.13 图表 24：超快激光全球各区域增长率预测.14 图表 25：2015-2020 年中国超快激光器市场规模及增速.14 图表 26：通快（TRUMPF）公司在超快激光领域的收购事件.15 图表 27：通快 TruMicro5000 超快激光器.15 图表 28：通快 TruMicro5000 超快激光器切割应用.15 图表 29：IPG 绿光飞秒脉冲激光器.16 图表 30：IPG 光纤泵浦锁模激光器.16 图表 31：相干（Coherent）公司在超快激光领域的收购事件.16 图表 32：相干 HyperRapid 皮秒激光器.16 图表 33：相干 Monaco 工业飞秒激光器.16 图表 34：NTK Photonics ONEFIVE ORIGAMI HP 超快激光器.17 图表 35：NTK Photonics ONEFIVE ORIGAMI 超低噪音飞秒激光模块.17 图表 36：MSK 在超快激光领域并购史.17 图表 37：光谱物理 Element 超快激光器.17 图表 38：光谱物理公司超快激光器发展史.18 图表 39：Amplitude 公司获奖情况.18 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 4 图表 40：Amplitude Goji 飞秒激光器.18 图表 41：Amplitude 专门用于科研的 Pulsar PW 超强超快激光.18 图表 42：Clark-MXR Magellan HE 超快激光器.19 图表 43：Clark-MXR CPA-Series 蓝宝石超快激光器.19 图表 44：EKSPLA 公司发展历史.19 图表 45：EKSPLA PL2210 二极管泵浦皮秒激光器.20 图表 46：EKSPLA UltraFlux 可调波长飞秒激光系统.20 图表 47：IMRA America Femtolite 超快激光器.20 图表 48：FD 系列飞秒激光器.20 图表 49：Laser Quantum venteon OPCPA 飞秒激光器.21 图表 50：Laser Quantum helixx 飞秒激光器.21 图表 51：Menlo Systems YLMO 飞秒镱激光器.21 图表 52：Menlo Systems C-Fiber 飞秒激光器.21 图表 53：中国四大激光产业集中带.22 图表 54：Olive 小功率皮秒级超快激光器.23 图表 55：Erai-10 飞秒脉冲光纤激光器.23 图表 56：FemtoYL-Green 工业绿光飞秒激光器.23 图表 57：飞秒光纤激光器应用于金属炫彩.23 图表 58：掺镱飞秒光纤激光器 TCR-1060.24 图表 59：掺铒飞秒光纤激光器 TCR-780.24 图表 60：大族激光 Draco 系列全光纤皮秒激光器.24 图表 61：皮秒激光微细加工系统.25 图表 62：脆性材料皮秒激光微细切割系统.25 图表 63：20W 飞秒红外激光器.25 图表 64：Amber 系列皮秒激光器.25 图表 65：Rainbow 1064 超快光纤激光器.26 图表 66：激光晶圆切割.26 图表 67：皮秒光纤激光器.26 图表 68：飞秒激光器.26 图表 69：Xfiber Elite 超快激光器.27 图表 70：ErFiber Pro 超快激光器.27 图表 71：BLAZER-20 皮秒系列激光器.27 图表 72：ALICE-PS 系列皮秒激光器.27 图表 73：皮秒激光器.28 图表 74：IC 器件切割.28 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 5 超快激光：诺奖加持，行业新宠超快激光：诺奖加持，行业新宠 诺奖揭晓，诺奖揭晓，CPA 技术技术荣膺荣膺 诺贝尔奖揭晓诺贝尔奖揭晓，CPA 技术摘冠技术摘冠。2018 年 10 月，瑞典皇家理工学院，3 位科学家因在光学技术领域作出的开创性发明而获得诺贝尔物理学奖。其中美国的亚瑟阿斯金（Arthur Ashkin）教授因为发明光镊技术(Optical Tweezer)分享了一半的奖金；热拉尔穆鲁（Grard Mouro）教授和唐娜斯特里克兰（Donna Strickland）副教授因共同发明啁啾脉冲放大技术(Chirped Pulse Amplification，CPA)分享了另一半奖金。作为突破高强度激光发展瓶颈的重大技术创新，CPA 技术自发明以来一直是激光物理研究、特别是超快激光研究的核心技术。诺贝尔奖诺贝尔奖再一次让再一次让激光激光技术技术站在了科学技术的舞台中央。站在了科学技术的舞台中央。自 1964 年汤斯、巴索夫、普罗霍罗夫因微波激射器及激光的基础研究工作而获得诺贝尔奖以来，先后有激光光谱学、飞秒化学反应动力学、光纤通信、引力波测量等 14 项与激光相关的工作获得诺贝尔奖。2018 年的诺贝尔物理学奖授予光镊及啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification，CPA)两项与激光密切相关的技术发明，实至名归。CPA 技术突破瓶颈，超快激光成行业新秀技术突破瓶颈，超快激光成行业新秀 CPA 技术的提出，解决了超快激光发展的关键问题。技术的提出，解决了超快激光发展的关键问题。在 CPA 技术提出前，科学家就已经利用锁模技术产生具有皮秒(ps，1012 s)及飞秒(fs，1015 s)脉宽的超短脉冲激光。但激光在达到放大饱和前，就由于强度依赖的克尔效应导致的自聚焦及元件损伤，激光强度的进一步发展遭遇巨大瓶颈。1985 年，CPA 技术的提出解决了这一难题，成为超快激光发展的里程碑。超快激光迅速发展，已成为激光行业重点研究方向。超快激光迅速发展，已成为激光行业重点研究方向。在 CPA 技术突破了超快激光发展瓶颈之后，超快激光的研发和应用进入了一个新的阶段。而今，超快激光已广泛运用于精密加工，医疗，科研，军事应用等领域。无论是全球激光巨头，还是国内的激光后起之秀，都着眼于超快激光领域，超快激光已经成为了激光行业争先研究发展的新宠。行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 6 超快激光超快激光的前世今生的前世今生超快激光技术解析超快激光技术解析 激光原理：激光是如何产生的？激光原理：激光是如何产生的？光是传递信息的媒介和能量的载体，光是传递信息的媒介和能量的载体，21 世纪是光的时代。世纪是光的时代。光从组成物质的原子中发射出来，原子获得能量后处于不稳定状态（也就是激发状态），它会以光子的形式把能量发射出去。激光是一种纯色、准直、高亮、同向、能量密度高的光子队列，常常被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光的应用很广泛，主要有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光光谱、激光测距等等。图表图表1：激光发展史重要节点一览激光发展史重要节点一览 资料来源：OFweek 激光网、华泰证券研究所 激光是原子受激辐射激光是原子受激辐射产生产生的光。的光。我们在 2018 年 7 月 11 日发布的激光产业链系列报告之一：国产激光器快速崛起，进口替代是大势所趋已经详解了激光产生的原理：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出，被激发出的光子束被称为激光。其中自发辐射与受激辐射是激光产生的必要条件，而粒子反转是激光产生的前提。激光器是所有激光应用产品的核心部件。激光器是所有激光应用产品的核心部件。激光器一般包括三个部分，工作介质，激励源和谐振腔。泵浦源为激光器的光源，激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体，在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。图表图表2：激光器工作原理示意图激光器工作原理示意图 资料来源：OFweek 激光网、华泰证券研究所 超快激光：激光器家族的年轻成员超快激光：激光器家族的年轻成员 激光器的不同分类方式。激光器的不同分类方式。激光技术自发明以来，已从方方面面走进了人们的生活，但激光器种类繁多，其各自波长不同，特性不同，因此所应用的领域也不同。激光器可以按照工作介质，输出形式，输出波长和激励方式分类。行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 7 图表图表3：激光器分类激光器分类 资料来源：OFweek 激光网、华泰证券研究所 按照输出形式分类，超快激光属于超短脉冲。按照输出形式分类，超快激光属于超短脉冲。在工业上，通常将激光分成连续波、准连续、短脉冲、超短脉冲四类。连续波以多模连续光纤激光器为代表，占据了当前工业市场的大部分份额。准连续波又称长脉冲，可产生 mss 量级的脉冲，占空比为 10，这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率。短脉冲指的是 ns 量级的脉冲，广泛的应用于激光标刻、钻孔、医疗、激光测距、二次谐波的产生、军事等领域。超短脉冲则是我们所说的超快激光，包括达到 ps、fs 量级的脉冲激光。图表图表4：激光器按照输出形式分类及应用领域激光器按照输出形式分类及应用领域 类型类型 输出形式输出形式 应用领域应用领域 连续波 连续输出 激光切割、激光焊接、激光熔覆 准连续波 mss 激光钻孔、热处理 短脉冲 ns 激光标刻、钻孔、医疗、测距、二次谐波等 超短脉冲 ps-fs 精密加工、科研、医疗、军事应用等 资料来源：OFweek 激光网，华泰证券研究所 技术革新：超快激光的进阶之路技术革新：超快激光的进阶之路 所谓超快激光，是指脉冲宽度在所谓超快激光，是指脉冲宽度在皮秒皮秒(ps，s)量级及以下的脉冲激光。量级及以下的脉冲激光。纳秒、皮秒、飞秒都是时间单位，1ns109 s，1ps1012 s，1fs1015 s。这个时间单位，表示的是一个激光脉冲的脉冲宽度，简言之就是在如此短暂的时间内输出一个脉冲激光。由于其输出单脉冲时间非常非常短，因此这样的激光称为超快激光。激光技术诞生以来，超快激光就是激光研究的重点。激光技术诞生以来，超快激光就是激光研究的重点。1960 年，第一台激光器-红宝石激光器问世为超快过程的研究打开了门户，随后出现的调 Q 技术和锁模技术使得超快激光取得了长足进步。20 世纪 80 年代，超快光谱学发生了革命性的变化。对撞脉冲锁模(CPM)的概念引入了染料激光器，皮秒激光脉冲被压缩到了飞秒(fs)时域，产生了 100 fs 的脉冲。但是克尔效应导致的自聚焦及元件损伤的问题限制了超宽激光的进一步发展。直到 1985年 CPA 技术的出现，解决了这一难题，成为了超快激光发展史上的里程碑。行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 8 图表图表5：超快激光发展关键技术节点超快激光发展关键技术节点 图表图表6：激光强度的演化历程激光强度的演化历程 资料来源：OFweek 激光网，华泰证券研究所 资料来源：物理47 卷（2018 年）12 期，华泰证券研究所 超快超快激光激光的重要技术的重要技术调调 Q 技术。技术。在 CPA 技术诞生之前，调 Q 技术与锁模技术是超快激光普遍采用的技术。所谓调 Q 就是指调节激光器的 Q 值的技术。在激光器泵浦的初期，把谐振腔的 Q 值调得很低，使激光器暂时不满足振荡条件，在泵浦脉冲的激励下获得很高的粒子数密度时，再迅速调大谐振腔的 Q 值，此时反转粒子数密度远大于阈值反转粒子数密度，激光振荡迅速建立并达到很高的峰值功率，同时反转粒子数迅速被耗尽，脉冲很快结束，这样就获得了具有窄脉冲宽度和大峰值功率的激光脉冲。利用调 Q 技术能够建立纳秒脉冲的输出。图表图表7：创鑫激光新一代创鑫激光新一代 20W 声光调声光调 Q 脉冲光纤激光器脉冲光纤激光器 资料来源：OFweek 激光网、华泰证券研究所 超快超快激光激光的重要技术的重要技术锁模锁模技术。技术。锁模是激光器产生超短脉冲的重要技术。激光器光腔内存在多种模式的激光脉冲，当这些模式相互间的相位实现相长干涉时才产生激光超短脉冲或称锁模脉冲输出。锁模一般分为两类：一类是主动锁模，另一类是被动锁模。前者是从外部向激光器输入信号周期性地调制激光器的增益或损耗，达到锁模；后者则采用饱和吸收器，利用其非线性吸收达到锁定相对相位，产生超短脉冲输出。超快激光的革命性技术超快激光的革命性技术CPA 技术。技术。锁模技术出现以后，利用锁模技术产生具有皮秒及飞秒脉宽的超短脉冲激光，这类脉冲激光不仅可以用来研究观察分子、原子等微观世界粒子的超快动力学行为，揭示掩盖在瞬态过程中的科学现象与规律，而且比纳秒乃至微秒等长脉冲激光具有高数个量级的峰值功率。因此进一步放大超短脉冲激光，是产生高峰值功率激光的当然选择。但随着激光峰值功率的提高，人们面临的一个重要问题是激光在达到放大饱和前，就由于强度依赖的克尔效应导致的自聚焦及元件损伤，正是由于该原因，激光强度的进一步发展遭遇了巨大瓶颈。直到 1985 年，当时在美国罗切斯特大学工作的 Grard Mouro 教授和他的博士生 Donna Strickland 巧妙地提出了啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification，CPA)的概念，从而有效解决了这一矛盾，引发了激光峰值功率的飞跃。行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 9 CPA 技术：超快激光发展之路的里程碑技术：超快激光发展之路的里程碑 CPA 技术产生的背景。技术产生的背景。20 世纪 60 至 70 年代，超短脉冲激光研究的主流内容是如何产生更短的脉宽。1981 年，随着碰撞脉冲锁模（Colliding Pulse Mode-locking，CPM）技术的发明，美国贝尔实验室的 R.L.Fork 等人利用染料激光器直接产生了 90fs 的脉冲，标志着超短脉冲激光研究进入了飞秒时代，也称之为超快时代。但由于固体激光介质的自聚焦效应及导致的元件损伤问题，以及液体及气体激光介质较低的饱和通量问题，致使激光自发明以来，强度提高的发展非常缓慢。图表图表8：CPM 染料激光器结构染料激光器结构 资料来源：物理47 卷（2018 年）12 期，泰证券研究所 CPA 技术产生，超快激光发展迎来辉煌时刻。技术产生，超快激光发展迎来辉煌时刻。1986 年前后，超快激光发展历史上迎来了具有辉煌意义的岁月。不仅 R.L.Fork 等人通过腔外压缩技术将 CPM 输出的飞秒脉冲激光推进到了 6 fs 的最短脉冲世界纪录并保持到 1996 年，而且 F.Moulton 报道了迄今仍是飞秒激光产生及放大性能最优良的掺钛蓝宝石晶体，特别是 G.Mourou 及 D.Strickland借鉴雷达中的微波放大技术，首次实验演示了激光啁啾脉冲的放大与压缩，揭开了超快激光向超强激光飞跃的序幕。图表图表9：首次首次 CPA 技术的实验光路图技术的实验光路图 图表图表10：CPA 结构的示意图结构的示意图 资料来源：物理47 卷（2018 年）12 期，华泰证券研究所 资料来源：物理47 卷（2018 年）12 期，华泰证券研究所 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 10 应用优势不断凸显，超快激光未来可期应用优势不断凸显，超快激光未来可期 超精密“冷”加工超精密“冷”加工超快激光的独特优势超快激光的独特优势 超快激光与传统激光加工的区别。超快激光与传统激光加工的区别。传统激光加工处理的本质起源于入射光子-受激电子-声子转化而成的热能，材料通过固态-液态-气态的三相热熔过程得到逐步去除，并且其中的热扩散过程会影响加工处理的质量。另一方面，由于激光脉冲较长的持续时间降低了其相应的峰值功率，从而使得电子的受激过程只能依赖于单个入射光子的共振线性吸收，因此无法加工相对透明的介质材料，加工范围受到材料的光吸收特性的严格限制。当激光脉冲宽度远小于材料中的电子-声子耦合时间，在激光整个持续时间内，仅需考虑电子吸收入射光子的激发和储能过程，而电子温度通过辐射声子的冷却以及热扩散过程均可以忽略。在这一领域内，激光与物质的作用实际上被“冻结”在电子受激吸收和储存能量的过程，在根本上避免了能量的转移、转化以及热能的存在和热扩散造成的影响。因此当激光脉冲入射时，吸收光子所产生的能量将在仅有几个纳米厚度吸收层迅速积聚，在瞬间内生成的电子温度值将远远高于材料的熔化、甚至气化温度，最终到达高密度、超热、高压的等离子体状态，实现了激光的非热熔性加工。图表图表11：长脉冲激光加工过程长脉冲激光加工过程 图表图表12：飞秒飞秒脉冲激光加工过程脉冲激光加工过程 资料来源：激光与光电子学进展41 卷（2004 年）3 期，华泰证券研究所 资料来源：激光与光电子学进展41 卷（2004 年）3 期，华泰证券研究所 图表图表13：超快激光加工与长脉冲激光加工特点对比超快激光加工与长脉冲激光加工特点对比 长脉冲激光加工长脉冲激光加工 超快激光加工超快激光加工 1.热扩散从作用区域内不断地抽取其中的能量，降低了激光加工效率。1.加工过程的非热熔性。2.热扩散也降低了激光聚焦点的温度!使得该点温度无法远大于材料的熔点温度，而仅处于熔融状态。2.加工程度的高准确性。3.热扩散降低了激光微加工的精确度。3.加工尺寸具有亚微米特性和 3D 空间分辨性。4.热扩散影响到环绕工作点附近的一大片区域，被称作“热影响区 热量通过”热影响区“的传播造成了机械应力。4.加工材料具有广泛性。5.热扩散有时会造成表面冲击波的形成!损坏周围的材料结构。5.加工能量低耗性。资料来源：激光与光电子学进展41 卷（2004 年）3 期，华泰证券研究所 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 11 应用领域不断扩展，超快激光迎来历史机遇应用领域不断扩展，超快激光迎来历史机遇 “冷”加工优势使得超快激光在多个领域独占鳌头。“冷”加工优势使得超快激光在多个领域独占鳌头。超快激光以其独特的超短持续时间和超强峰值功率正在打破以往传统的激光加工方法，开创了材料超精细、低损伤和空间 3D加工和处理的新领域，该技术已在精密加工、消费电子、医学美容、航空航天、光伏能源等多个领域得到非常广泛应用。超快激光在多种材料的微细加工方面的应用。超快激光在多种材料的微细加工方面的应用。超快激光凭借其独特的“冷”加工优势，在多种材料的微细加工，包括、钻孔、切割、表面处理和 3D 结构制作方面表现出色。例如对于一般金属如钢、铜、铝等来说，由于具有很高的热导性和较低的熔点温度，在其表面实现高精度和高质量的钻空有很大的困难。而对于超快激光，由于脉冲持续时间只有飞秒量级，远小于材料中受激电子通过转移转化等形式的能量释放时间，从根本上避免了热扩散的存在和影响。图表图表14：纳秒纳秒(a)和飞秒和飞秒(b)激光对钢片的加工激光对钢片的加工 资料来源：激光与光电子学进展41 卷（2004 年）3 期、华泰证券研究所 超快激光在消费电子领域的应用。超快激光在消费电子领域的应用。全球消费电子产业发展迅速，消费电子产品朝着高集成化、高精密化方向升级，其产品内构件越来越小巧，精密度、电子集成度越来越高。在产品研发中，更轻、更薄、更便携是设计师的追求目标，由此带来了新材料、新工艺的不断进步。消费电子行业中广泛应用的柔性材料、硬脆透明材料等，使加工变得日益高、精、尖、难。而超快激光技术的发展为消费电子行业的精密加工带来了更好的解决方案。图表图表15：超快超快激光激光在消费电子领域的应用在消费电子领域的应用 图表图表16：超快激光应用于超快激光应用于手机全面屏切割产线手机全面屏切割产线 资料来源：OFweek 激光网，华泰证券研究所 资料来源：卓镭激光官网，华泰证券研究所 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 12 超快激光在医疗美容领域的应用。超快激光在医疗美容领域的应用。超快激光在医疗领域的应用也日益广泛，包括我们熟知的飞秒激光近视治疗，也包括高精尖的心脏支架加工。心脏支架的制造方式包含“由大做小”的激光切割、等离子切割、电火花加工、光蚀刻，或是“由小做大”的编织、铸造、电铸、3D 打印等。其中，由于激光切割的支架质量好，自动化程度高，且成本较低，激光切割已成为支架制作的主流方式。在医疗美容方面，超快激光主要是应用于祛痣祛斑祛黑色素、祛纹身、嫩肤等领域。图表图表17：飞秒激光治疗眼科手术飞秒激光治疗眼科手术 图表图表18：心脏支架的超精密切割心脏支架的超精密切割 资料来源：瀚盈激光官网，华泰证券研究所 资料来源：瀚盈激光官网，华泰证券研究所 超快激光在航空航天领域的应用。超快激光在航空航天领域的应用。航空领域，西安光学精密机械研究所率先利用超快激光极端制造技术攻克了新型超高温单晶材料和高精度复杂微结构制造难题，实现了对高压涡轮叶片气膜孔的“超精细冷加工”，解决了现有电火花、长脉冲激光加工工艺存在重铸层、微裂纹、再结晶等缺陷的问题，完成了国产发动机多型号、多批次高压涡轮单晶叶片的气膜孔加工及验证，为国产大飞机发动机换上“中国心”打下坚实基础。除此以外，超快激光还应用于航空滤网清洗，引擎喷油嘴打孔等方向。图表图表19：经激光斜孔加工后的发动机叶片经激光斜孔加工后的发动机叶片 图表图表20：经飞秒激光清洗的航空滤网经飞秒激光清洗的航空滤网 资料来源：军民两用技术与产品总 411 期（2018 年），华泰证券研究所 资料来源：军民两用技术与产品总 411 期（2018 年），华泰证券研究所 超快激光在光伏能源领域的应用。超快激光在光伏能源领域的应用。超快激光凭借其独特优势，在光伏能源领域应用也取得了一定的成果。钙钛矿薄膜太阳能电池制造是光伏产业新的发展方向，具有取代现有晶硅太阳能电池产业的潜力。在钙钛矿薄膜太阳能电池的精密加工过程中，超快激光加工起着至关重要的作用。行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 13 图表图表21：飞秒激光钙钛矿薄膜太阳能电池精密加工设备飞秒激光钙钛矿薄膜太阳能电池精密加工设备 图表图表22：飞秒激光加工的三维锂电池飞秒激光加工的三维锂电池 资料来源：军民两用技术与产品总 411 期（2018 年），华泰证券研究所 资料来源：军民两用技术与产品总 411 期（2018 年），华泰证券研究所 超快激光在超快激光在精密检测领域精密检测领域的应用。的应用。太赫兹（Terahertz，THz）辐射是对位于某一个特定频段电磁辐射的统称，对应的频率在 0.110 THz（1 THz=1012 Hz）。基于太赫兹波自身特点，其对目前应用较多的复合材料有着良好的透过性及成像效果，所以太赫兹波可以在无损检测领域发挥独特优势。目前最常用的太赫兹产生及检测手段是太赫兹时域光谱（Terahertz Time Domain Spectroscopy，THz-TDS）系统，其由飞秒激光器、太赫兹源、太赫兹探测器及延迟线组成。系统利用飞秒激光脉冲产生太赫兹脉冲，并探测被测样品的透射波或反射波，然后通过傅里叶变换获取探测信号的频谱，进而对测量样品进行鉴定。图表图表23：透视式透视式太赫兹时域光谱太赫兹时域光谱系统系统 资料来源：军民两用技术与产品总 411 期（2018 年），华泰证券研究所 超快激光超快激光应用逐步扩展，发展迎来历史机遇应用逐步扩展，发展迎来历史机遇。当前超快激光已走出实验室，逐步走向各个行业的实际应用，虽然当前超快激光价格较高，但随着技术的发展和成本的降低，超快激光在未来将会在多个行业广泛应用。国内外超快激光龙头已经率先将超快激光运用于相关产业，并且取得了良好的效果。行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 14 超快激光潜在市场可观，国内外厂家争相发展超快激光潜在市场可观，国内外厂家争相发展 超快激光市场增速明显，市场前景广阔超快激光市场增速明显，市场前景广阔 全球超快激光市场蓬勃发展。全球超快激光市场蓬勃发展。根据 Mordor Intelligence 统计和预测，2018 年全球超快激光市场价值 33.7 亿美元，预计到 2024 年将达到 128.2 亿美元，CAGR 为 25.02%。其中亚洲和欧洲市场将是市场增速最快的区域，潜在市场可观。图表图表24：超快激光全球各区域增长率预测超快激光全球各区域增长率预测 资料来源：Mordor Intelligence，华泰证券研究所 中国超快激光市场规模发展迅速。中国超快激光市场规模发展迅速。从我国市场规模来看，超快激光行业正处于快速发展阶段，根据中国科学院武汉文献情报中心发布的2019 中国激光产业发展报告，2017 年我国超快激光器市场约 13.5 亿元，预计 2020 年将超过 50 亿元。图表图表25：2015-2020 年中国超快激光器市场规模及增速年中国超快激光器市场规模及增速 资料来源：2019 中国激光产业发展报告（2019 年 3 月），华泰证券研究所 0%20%40%60%80%100%120%140%010203040506020152016201720182019E2020E（亿元）（亿元）中国超快激光市场规模中国超快激光市场规模增速 行业研究/专题研究|2019 年 06 月 14 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 15 海外龙头领跑全球，并购频频强者恒强海外龙头领跑全球，并购频频强者恒强 海外激光企业主导当前全球超快激光市场。海外激光企业主导当前全球超快激光市场。德国通快（TRUMPF），美国相干（Coherent），美国 IPG，丹麦 NTK，美国 MKS 等激光行业龙头凭借其敏锐的市场嗅觉，完善的研发体系，坚实的技术基础，良好的客户资源和强大的并购能力已经完成了在全球超快激光市场的布局。同时，一些已具规模的超快激光研发企业也在市场中占有一席之地，包括法国Amplitude，美国 Clark-MXR，立陶宛 EKSPLA，美国 IMRA America 等。超快激光市场并购盛行超快激光市场并购盛行，激光龙头强者恒强，激光龙头强者恒强。在 1985 年 CPA 技术发明以来，超快激光进入了一个全新的发展阶段。但是在 2010 年以前，超快激光应用停留在科研层面，主要运用在科研机构的实验室中。超快激光高昂的成本价格和尚未成熟的生产工艺导致企业对其望而却步。2010 年以来，各激光行业龙头争先收购了具有超快激光技术的中小型公司和科研机构，完善了超快激光的制造技术，制造成本也有所降低，超快激光开始走向市场。激光行业龙头通过不断并购和持续研发的双驱动模式，成功把握了超快激光市场的主导权。德国通快：激光器及机床制造领域的领导者德国通快：激光器及机床制造领域的领导者 通快（通快（TRUMPF）集团在激光加工领域排名全球第一，是全球第三大机床制造企业。）集团在激光加工领域排名全球第一，是全球第三大机床制造企业。通快公司成立于 1923 年，上世纪 60 年代，通快集团开始涉足激光领域，并于 80 年代造出了业界领先的激光器，将激光技术集成到通快的产品线中之后，带来了此后 30 余年的持续发展和增长。2017 年，通快集团了收购 Access Laser，2018 年收购了 Amphos 完成了在超快激光行业的布局。图表图表26：通快（通快（TRUMPF）公司在公司在超快激光领域的收购事件超快激光领域的收购事件 时间时间 应用领域应用领域 2017 收购澳大利亚 Access Laser（大通激光）2018 收购了德国 Amphos 资料来源：通快公司官网，华泰证券研究所 图表图表27：通快通快 TruMicro5000 超快激光器超快激光器 图表图表28：通快通快 TruMicro5000 超快激光器切割应用超快激光器切割应用 资料来源：通快公司官网，华泰证券研究所 资料来源：通快公司官网，华泰证券研究所 美国美国