1、 第 頁 目錄 HYPERLINK l _bookmark0 一、超快激光的定義、特點、技術3 HYPERLINK l _bookmark1 1、超快激光的快是脈沖時間極短和高峰值功率3 HYPERLINK l _bookmark5 2、超快激光的核心技術5 HYPERLINK l _bookmark8 二、超快激光的應用及市場空間7 HYPERLINK l _bookmark9 1、超快激光主要應用于精密加工7 HYPERLINK l _bookmark13 2、行業增速快，下游需求旺盛8 HYPERLINK l _bookmark14 三、國外企業投入大公司懷抱、國內小荷才冒尖9 HYPE

2、RLINK l _bookmark15 1、國外企業投入大公司懷抱9 HYPERLINK l _bookmark17 2、國內市場小荷才冒尖10 HYPERLINK l _bookmark19 四、投資建議12 HYPERLINK l _bookmark20 五、風險提示12圖表目錄 HYPERLINK l _bookmark2 圖 1 激光器分類3 HYPERLINK l _bookmark6 圖 2 超短脈沖激光分類6 HYPERLINK l _bookmark7 圖 3 飛秒激光的技術原理7 HYPERLINK l _bookmark10 圖 4 全面屏玻璃面板切割8 HYPERLINK

3、 l _bookmark11 圖 5 陶瓷指紋模組切割8 HYPERLINK l _bookmark12 圖 6 半導體晶圓切割8 HYPERLINK l _bookmark16 圖 7 部分國外超快激光企業10 HYPERLINK l _bookmark3 表 1 激光器分類及各種激光器特點4 HYPERLINK l _bookmark4 表 2 時間區分5 HYPERLINK l _bookmark18 表 3 國內典型的超快激光企業112018 年諾貝爾物理學獎，授予了用于生成高強度的超短脈沖激光的方法：啁啾脈沖放大技術（CPA）；2019 年光纖激光器明星企業公告擬收購超快激光器企業國

4、神國電。這兩個事件讓超快激光引發格外關注，本文將對超快激光進行分析。主要討論以下問題：1) 超快激光有哪些特點？與一般的激光器的區別？超快激光器的市場空間如何？目前國內、國外超快激光器的市場格局如何？一、超快激光的定義、特點、技術1、超快激光的快是脈沖時間極短和高峰值功率激光器的分類以及光纖激光器的結構。激光器是激光的發生裝置， 主要由泵浦源、增益介質、諧振腔等組成。泵浦源為激光器的光源， 諧振腔為泵浦光源與增益介質之間的回路，增益介質指可將光放大的 工作物質。激光器可以從增益介質、運轉方式、輸出波長等角度進行分類。圖 1 激光器分類數據來源：創鑫激光招股說明書 按增益介質區分，激光器分為：氣

5、體激光器、液體激光器、 固體激光器、半導體激光器、光纖激光器。各種不同激光器的工作物 質、特點和應用，如下表。其中光纖激光器指利用摻稀土元素的玻璃 光纖作為增益介質的激光器。光纖激光器一般用光纖光柵作為諧振腔， 泵浦源作為泵浦源，泵浦光從合束器耦合進入增益光纖，在包層內多 次反射穿過摻雜纖芯，選擇合適的光纖長度和摻雜離子濃度可以實現 對泵浦光的充分吸收，形成粒子數反轉并輸出激光。應用特點能量轉換功率波長激勵方輸出功工作物質(m )式率名稱類型表 1 激光器分類及各種激光器特點原子氦-氖He-Ne0.6328氣體放電1W0.01激光美容、測量幾瓦之幾單色性好，能量轉換二氧化碳CO210.6氣體放

6、電30美容、工業和軍事分子萬瓦率高氮分子N20.3371氣體放電氣體激光器氬Ar+0.488氣體放電30-50W1能量轉換率不高離子紅寶石Cr3+Al2O30.6943光泵浦釔鋁石榴石0.5輸出功率高，能量轉測距，材料加工， 固體激光器Nd3+YAG1.06光泵浦20kwYAG1換率低，單色性差。軍事等方面釹玻璃Nd3+1.06光泵浦He-CdHe-Cd0.4416氣體放電彩色電視、信息儲存液體激光器染料染料0.585激光泵浦5-20輸出波長可調，易制備、便宜科學研究、醫學光纖激新型光器激光器自由電子激光器性差。發展方向40簡單，壽命長，單色理、軍事等.未來電流注入到 350kW1.3InP/

7、InGaAsPInP 磷化銦半導體激光器電流注入能量轉換功率高，體光纖通信，光信息維陣列可20積小，重量輕，結構儲存，光信息處GaAs/ GaAlAsGaAs 砷化鎵0.85摻入某些激活離子的光纖為工作物質，或者利用光纖自身的非線性光學效應制成的激光器晶體激光器、稀土類摻雜光纖激光器、塑料光纖激光器和非線性光學效應光纖激光器自由電子束1.46-1.65導體激光二極管上萬瓦30小型化、集約化，高轉換效率，高能量輸出高光束質量，無需光學準直，維護少。機械技工、遠距離光纖通信、軍事等。未來發展方向數據來源：百度文庫 按輸出波長，可分為紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等。根據輸出方式的不同，可將激

8、光器分為連續激光器和脈沖激光器。連續激光器可以在較長一段時間內連續輸出激光，工作穩定、熱效應高，其輸出激光在穩定運行時的任何時刻都保持連續不中斷。其一般用于金屬材料的連續高速切割、焊接，以及表面熱處理、激光熔敷等宏觀加工。脈沖激光器激光以脈沖形式，按照一定的頻率、幅度、波形被調制后呈現周期性輸出，每一個光脈沖周期內的最高功率即為脈沖光纖激光器的峰值輸出功率。以脈沖形式輸出激光，主要特點是峰值功率高、熱效應小。特別適合于高精度打標、精密焊接、精密切割等微觀領域加工。超快激光的特點是脈沖時間極短和高峰值功率。超快激光屬于脈沖激光的一種。根據激光峰值功率的定義，其為脈沖的能量除以脈沖的持續時間（脈寬

9、）。單脈沖能量一般比較固定，為了獲得高的峰值功率，主要是通過降低脈寬，即脈沖持續時間。根據脈沖時間的差異，脈沖激光器分為納秒激光器、皮秒激光器和飛秒激光器。可以看到皮秒的時間為 10-12 秒，飛秒的時間為 10-15 秒，脈沖時間極短，所以稱為超快激光。超快激光的快在于脈沖時間極短，目前超快激光器在研究上已經發展到阿秒級別。表 2 時間區分區分單位時間毫秒1ms1 毫秒=0.001 秒=10-3 秒微秒1s1 微秒=0.000001=10-6 秒納秒1ns1 納秒=0.0000000001 秒=10-9 秒皮秒1ps1 皮秒=0.0000000000001 秒=10-12 秒飛秒1fs1 飛

10、秒=0.000000000000001 秒=10-15 秒阿秒1as1 阿秒=10-18 秒數據來源： 超快激光的特點是脈沖時間極短和高峰值功率。隨著脈沖能量急劇上升，高功率密度足以剝離外層電子。由于激光與材料相互作用的時間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經從材料表面被燒蝕掉了，不會給周圍的材料帶來熱影響，因此也被稱為“冷加工”。不會出現加工面的熔融、裂縫現象。高精度、高質量、高分辨率，加工區域可小于焦斑尺寸，突破衍射極限。其主要優點包括：脈沖寬度很短。可以用于處理持續時間非常的物理化學過程。例如：瞬態成像、超快光開光、高速光通信。光譜含量非常豐富。可以用于激光光譜檢測。例如：脈沖整形

11、、通信中的光譜編碼。峰值功率非常高。用于激光加工、激光醫學手術、激光核聚變。2、超快激光的核心技術超快激光為了實現脈沖時間極短和高峰值功率，主要通過三大核心技術：調 Q 技術、鎖模技術、CPA 技術。調 Q 技術：調 Q 技術主要是在諧振腔內插入 Q 開關器件，通過周期性改變腔損耗，實現調 Q 脈沖激光輸出。在激光器內加入一個損耗可調節器件，在大部分時間區域內，激光器的損耗很大，幾乎無光輸出。在某一個極短的時間內，減小器件的損耗，從而使激光器輸出一個強度極高的短脈沖。鎖模技術：激光器中滿足諧振腔共振條件的波長叫做縱模。正常工作的激光器中，起振的各縱模的相位是雜亂無章的，因此在時域上表現出的是一

12、個連續光；若縱模的相位（差）保持恒定時，激光在時域上的表象就是一個脈沖，若保持恒定的縱模個數越多，產生的脈沖就越窄，這個過程我們稱之為鎖模。CPA 技術：啁啾脈沖放大技術光學系統的光學損傷閾值和非線性效應如自聚焦往往限制了放大系統可達到的最大峰值功率，從而限制了單脈沖能量，此時如果用來放大的脈沖寬度越寬，在峰值功率一定的前提下能獲得的單脈沖能量就越大。先對超短脈沖在色散介質引入線性啁啾，先在時域上展寬需要放大的脈沖，在單脈沖能量不變的情況下降低峰值功率。然后再對展寬后的脈沖進行放大，這樣在放大到同樣峰值功率時，由于脈寬的展寬，能得到的單脈沖能量就更大，最后時域壓縮脈沖（一般通過相反色散量的延時

13、線），就可以獲得更高峰值功率的脈沖。調 Q 技術產生的脈沖激光一般在納秒量級，而鎖模技術實現的激光是皮秒量級，更高量級的飛秒激光通過 CPA(啁啾脈沖放大技術) 實現。圖 2 超短脈沖激光分類數據來源：搜狐 超快激光技術難點隨著脈沖時間縮短逐步上升。以飛秒激光為例， 根據傅里葉變化關系，要產生超短飛秒脈沖必須具有寬光譜的增益介 質，譬如鈦寶石。增益介質的帶寬決定了最終能實現的脈寬。所以用 作飛秒激光增益介質的要求會高一些，現在主要是鈦寶石，部分 Yb3+ 摻雜晶體和玻璃光纖。飛秒激光用到鎖模和 CPA 技術，飛秒激光系統要用到加工精細的啁啾鏡等光學元器件以及高功率抽運源，激光系統比較復雜。圖

14、3 飛秒激光的技術原理數據來源：貝林激光 二、超快激光的應用及市場空間1、超快激光主要應用于精密加工超快激光是冷加工，對材料能夠干凈地實現切割加工，并且不破壞周圍區域或形成粗糙的邊緣，主要用于精密加工。加工的材料包括玻璃、藍寶石、熱敏材料等。應用的行業包括 OLED、半導體、醫學等精密行業。OLED 行業屏幕切割：用于將 AMOLED 柔性基板，切割成指定尺寸與數量的 Cell 并排出。用于全面屏手機面板玻璃，夠有效的減小崩邊，提高玻璃強度。模組切割：用在手機指紋模組切割，其切割線筆直，邊緣光滑， 無熱損傷，無碳化。用于攝像頭模組的屏下鉆孔。激光修復：用在 OLED 面板亮點等修復，設備通過

15、AOI 系統自動尋找不良點并自動使用激光修復不良點。圖 4 全面屏玻璃面板切割圖 5 陶瓷指紋模組切割數據來源：貝林激光 數據來源：貝林激光 半導體行業用在半導體晶圓劃片，激光在極短時間內破壞材料分子，不產生任何熱影響，不會對晶圓表面帶來粉塵污染。圖 6 半導體晶圓切割數據來源：貝林激光 醫學行業目前應用比較多的是視力矯正。利用飛秒激光作為超精密的外科手術刀，其最大的優勢是精確度高、引起并發癥的概率小，其平均波動在：1015um，是板層刀精確度的 3 倍，而實際發生角膜瓣并發癥的概率更是低數萬倍。2、行業增速快，下游需求旺盛隨著 5G 通訊、OLED 顯示、醫療等行業的發展，對精密加工的需求越

16、來越旺盛，超快激光的市場潛力無窮。根據預估到 2020 年，超快脈沖激光器的市場規模有望超過 15 億美元，其增長速度是整個激光市場增長速度的兩倍，預計增速達 20%30%。而且隨著主要超快激光器的功率提升，將會使得市場應用越來越廣泛。三、國外企業投入大公司懷抱、國內小荷才冒尖1、國外企業投入大公司懷抱國外超快激光器公司發展呈現兩個格局：一是擁有自己的核心技術，后被激光行業的龍頭企業收購，投入大企業的懷抱；二是自身獨立發展。目前被大企業收購成為主流。主要在于超快激光企業一般屬于初創企業，規模都不大，而且超快激光成本較高，初期應用有限。但激光行業龍頭企業關注到超快激光較快的增長和市場潛力，紛紛通

17、過并購進入到超快激光行業。例如：2018 年德國通快收購了超短脈沖激光器制造商德國 AMPHOS 公司；相干公司 2015 年收購超短脈沖激光器 Raydiance 公司。而其中獨立發展的典型公司是法國的 Amplitude Laser Group 公司。公司是是超快激光器在工業與科研領域的領跑者，成立于 2001 年，總部位于法國波爾多（Bordeaux），生產飛秒激光器和激光器系統，用于導體、平板顯示、消費電子、醫療器械精密制造等工業領域。目前年銷售額超 8000 萬歐元。圖 7 部分國外超快激光企業數據來源：搜狐 2、國內市場小荷才冒尖國內的超快激光器目前處于發展初期，但是也誕生了出了華

18、日激 光、貝林激光、安揚激光等優秀企業。從產品的布局來看，目前大部 分企業都已經具備皮秒激光的量產能力，逐漸提升皮秒激光器的功率， 目前最高功率達到 50W。飛秒激光器目前主要為國外廠家為主，特別 是紫外飛秒激光器為國外廠家控制和壟斷，國內目前部分企業已經突 破紫外飛秒激光器的研發生產制造。下面將對典型企業進行說明：華日激光產品：最新推出用于玻璃切割的 50W 的皮秒激光器、高能量的 35W飛秒激光器。2017 年超快激光銷售額 2000-3000 萬元貝林激光產品：貝林激光從 2012 年就開始批量制造皮秒激光器，累計銷售數量超 1000 臺（截至 2019 年 3 月）。目前貝林激光的激光器已大批量應用于半導體、觸摸屏、特殊材料微細加工等領域，并根據市場變化不斷推陳出新。2018 年開始量產皮秒紫外激光器，尤其是 30W 皮秒紫外激光器得到商用；另外，其飛秒激光器也在 2018 年開始推向市場。技術：在技術研發方面，貝林激光自 2014 年開始自