发展前景分析：半导体激光器泵浦

发展前景分析：半导体激光器泵浦

激光器是激光加工设备的主要工作单元，在整个激光产业链中具有重要地位。泵浦装置作为激光器的重要组成部分，其作用是对增益介质进行激励，实现粒子数反转状态，从而产生激光。半导体激光泵浦源作为激光器泵浦装置的一种，广泛应用于光纤激光器和固体激光器中。近年来，随着光纤激光器市场的高速发展，半导体激光泵浦源的需求也呈现出快速增长的态势。

半导体激光器泵浦源概述

激光器通常由三大部分构成：泵浦装置、工作介质和谐振腔。泵浦装置的作用是对增益介质（工作物质）进行激励，将激活粒子从低能级（基态）抽运到高能级（激发态），从而使得处于激发态能级的粒子数超过处于基态的粒子数，实现粒子数反转状态。这个时候处于激发态的粒子会向低能级跃迁从而产生激光。

工作介质也称增益介质，是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，工作介质主要分为固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。

谐振腔通常由一面全反射镜及一面部分反射镜构成，其主要作用是提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡，同时对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。

半导体激光泵浦源是激光器泵浦装置的一种，在光纤激光器、固体激光器生产中，半导体激光泵浦源是其生产的核心，也是整个激光器成本构成中占比最高的部件。目前半导体激光泵浦源主要由COS芯片、壳体及其他材料组成。其中COS芯片主要由芯片和热沉构成，芯片是指激光芯片，热沉是微型散热片，用来冷却电子芯片的装置。

图表 2:半导体激光泵浦源结构
资料来源:公开资料,OFweek行业研究中心整理

光纤激光器高速发展带动半导体激光泵浦源需求增加

半导体激光泵浦源主要应用于光纤激光器、固体激光器，其发展状况与光纤激光器、固体激光器的发展密切相关。近年来，光纤激光器凭借高效率、光束质量好、可靠性高、散热质量好等优点正在各个主要的领域中取代传统工业激光器，成为全球最重要的激光器产品。2019年，全球范围内光纤激光器销售规模达27.4亿美元，占整体工业激光器销售规模比重已经达到51%。光纤激光器市场的高速发展带动了半导体激光泵浦源需求的进一步增长。

图表 3:2015-2019年工业激光器市场规模结构(单位:亿美元)
数据来源:Strategies Unlimited,OFweek行业研究中心整理

市场竞争日趋激烈，产业一体化和垂直化并存

中国乃至整个亚太地区是全球最大的光纤激光器应用市场。2005年以前，光纤激光技术长期被国外巨头垄断，国内激光产业完全依赖进口，国内技术的匮乏直接导致我国激光设备集成商丧失定价能力，激光设备价格居高不下，限制了国内激光技术应用。此后，以锐科激光、创鑫激光为代表的少数企业对光纤激光器技术进行探索，于2011年实现光纤激光器的国产化，市场呈现爆发式的增长，开始了国产光纤激光器进口替代的步伐。

半导体激光泵浦源是光纤激光器的核心器件，半导体激光泵浦源的技术水平直接决定了光纤激光器的功率水平，只有高功率、高亮度的泵浦源才能生产出高功率、高亮度的单模块光纤激光器，并以此为基础通过合束技术生产更高功率的多模块光纤激光器。

目前全球半导体激光泵浦源市场主要存在两类市场参与者，一类是凯普林光电、炬光科技、长光华芯、星汉激光等直接向杰普特、锐科激光、联赢激光等光纤激光器生产企业提供产品的独立泵浦源供应商；另一类是IPG、锐科、创鑫激光等既生产光纤激光器又自主生产半导体激光泵浦源的企业。为了提升产品竞争力，与国际头部厂商抢市场份额，创鑫激光、锐科激光等企业凭借自身的技术及资金优势正在对泵浦源进行自主研发，从而加强自身在整个激光器产业链中的话语权；此外，独立泵浦源供应商凭借丰富的开发、生产经验，以及优秀的成本管控能力已经逐渐进入各大主流激光器的供应链。

图表 4:半导体激光泵浦源竞争格局
资料来源:公开资料,OFweek行业研究中心整理

国内厂商已经掌握泵源制造技术，核心部件仍需进口

中国是全球最大的光纤激光器应用市场，同时也是最大的半导体激光泵浦源市场。21世纪初期，国内半导体激光泵浦源技术长期被国外巨头垄断，国内泵浦源完全依赖进口，国内技术的匮乏直接导致我国激光器厂商发展缓慢，限制了国内激光技术应用。根据《2020年中国激光产业发展报告》，2019年，我国激光元器件产品进口金额达32.39亿美元，同期出口金额只有6.89亿美元。

图表 5:2010-2019年中国激光元器件进出口情况
资料来源:《2020年中国激光产业发展报告》,OFweek行业研究中心整理

此后，以北京凯普林、长光华芯为代表的少数企业对半导体激光泵浦源技术进行探索，逐步掌握了泵浦源生产的核心技术。目前，在半导体激光泵源领域，国内激光泵源厂商已经掌握了相关技术，像北京凯普林、西安炬光科技、星汉激光、大族天成都拥有完整的泵源制造技术。此外，国内部分激光芯片也实现了国产化，长光华芯已经建成国内首条VCSEL激光芯片完整产线。但受限于研发技术及生产工艺等原因，国内企业生产半导体激光泵浦源用到的高端芯片、热沉等光学器件依赖进口的格局仍将维持一定的时间。