激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)研究：激光助力智能制造，下游多點開花加快發(fā)展

行業(yè)動態(tài) 2022-04-30 20:11

（報告出品方/作者：華金證券，劉荊）

一、行業(yè)短期隨制造業(yè)周期波動，長期持續(xù)滲透推動規(guī)模增長

（一）激光產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)上市公司

激光產(chǎn)業(yè)鏈情況：激光產(chǎn)業(yè)鏈上游是利用半導體材料、高端裝備以及相關(guān)的生產(chǎn)輔料制造的激光芯片、光電器件等，是激光產(chǎn)業(yè)的基石。產(chǎn)業(yè)鏈中游是利用上游激光芯片及光電器件、模組、光學元件等進行各類激光器的制造與銷售；下游為激光設(shè)備集成商，產(chǎn)品最終應用于先進制造、醫(yī)療健康、科學研究、汽車應用、信息技術(shù)、光通信、光存儲等眾多領(lǐng)域。

激光行業(yè)發(fā)展歷程：1917 年，愛因斯坦提出受激輻射概念，之后的 40 年時間激光技術(shù)在理論上逐步走向成熟；1960 年第一臺紅寶石激光器誕生，之后各類激光器層出不窮，行業(yè)進入應用拓展階段；20 世紀后，激光行業(yè)進入快速發(fā)展階段，2010-2020 年中國激光設(shè)備市場規(guī)模由 97 億元增長至 692 億元，CAGR 約 21.7%。

（二）短期隨制造業(yè)周期波動，長期看滲透率提升和新應用拓展

1、激光行業(yè)下游分布廣，短期隨制造業(yè)波動

激光行業(yè)短期景氣度與制造業(yè)相關(guān)度高。激光設(shè)備的需求來自于下游企業(yè)的資本開支，受企業(yè)資本開支能力和意愿影響，具體影響因素包括企業(yè)利潤、產(chǎn)能利用率、企業(yè)外部融資環(huán)境、對行業(yè)未來前景的預期等。同時激光設(shè)備是典型的通用設(shè)備，下游廣泛分布于汽車、鋼鐵、石油、造船等多個行業(yè)，激光行業(yè)整體景氣度與制造業(yè)相關(guān)度較高。從行業(yè)歷史波動看，激光行業(yè)經(jīng)歷了 2009Q3-2010Q2，2017Q1-2018Q1 兩輪大幅度的增長，主要與制造業(yè)周期和終端產(chǎn)品創(chuàng)新周期相關(guān)。目前制造業(yè)周期處于景氣階段，工業(yè)機器人、金屬切削機床等銷量保持在較高水平，激光行業(yè)處于需求旺盛階段。

激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)研究：激光助力智能制造，下游多點開花加快發(fā)展

制造業(yè)后半年或?qū)⒕S持平穩(wěn)，激光行業(yè)景氣度有望延續(xù)。2021 年 9 月制造業(yè) PMI 為 49.6，歷經(jīng) 18 個月的擴張后首次跌破榮枯線，反映制造業(yè)景氣度整體回落。往前看，地方專項債加快發(fā)行疊加海外疫情因素支撐出口需求，后半年制造業(yè)景氣度仍具備支撐，或?qū)⒕S持平穩(wěn)擴張態(tài)勢。

2、長期看滲透率提升和新應用拓展

激光加工在加工效率和質(zhì)量上優(yōu)勢明顯，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級推動行業(yè)發(fā)展。激光加工是將激光聚焦于被加工物體上，使物體加熱、融化或氣化，從而達到加工目的。與傳統(tǒng)加工方式相比，激光加工具備三大主要優(yōu)勢：（1）可以通過軟件控制激光加工軌跡；（2）激光加工的精密度極高；（3）激光加工屬于非接觸加工，可以減少切割材料損耗，并且加工質(zhì)量更好。激光加工在加工效率、加工效果等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，并且符合智能制造的大方向，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級推動光加工對于傳統(tǒng)加工的替代。

以激光切割設(shè)備為例，滲透率提升帶動市場規(guī)模持續(xù)增長，2013-2019 年激光切割設(shè)備 CAGR 為 26%。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和新工藝的應用，零件形狀越來越復雜，對切割質(zhì)量和切割工藝規(guī)范的選取提出了更高要求，比如拼焊工藝要求板厚 1mm 左右的鍍鋅板焊接前間隙不大于 0.05mm，這對切割后的表面粗糙度、掛渣程度和直線度都提出了極高的要求。在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下，激光切割市場快速發(fā)展，根據(jù) Ofweek 產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2013-2019 年中國激光切割設(shè)備市場規(guī)模由 66 億元增長至 266 億元，CAGR 為 26.15%。

新應用拓展，持續(xù)拓寬激光賽道。激光技術(shù)最顯著的特征是對其他技術(shù)具有廣泛的滲透性，可與其他眾多技術(shù)融合、孕育出新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，從而使激光加工在更多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)機械加工。近年來，隨著技術(shù)發(fā)展以及激光器價格下降，激光清洗、激光熔覆等市場在商用道路上快速發(fā)展，此外增材制造等領(lǐng)域也蘊含巨大增長空間。

（三）激光技術(shù)與行業(yè)發(fā)展趨勢

激光發(fā)光原理：激光是指窄幅頻率的光輻射線通過收集反饋共振與輻射放大，產(chǎn)生的準直、單色、相干的定向光束。激光器是產(chǎn)生激光的核心裝置，主要由激勵源、工作介質(zhì)、諧振腔三部分組成，工作時激勵源作用于工作介質(zhì)之上，使多數(shù)粒子處于高能級的激發(fā)態(tài)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，之后光子入射，高能級粒子躍遷到低能級，并發(fā)射大量與讓入射光子完全相同的光子。傳播方向與諧振腔橫軸線不同的光子將逃逸出腔體，方向相同的光子則在諧振腔內(nèi)往返，使受激輻射過程持續(xù)下去，并形成激光光束。

工作介質(zhì)：也稱為增益介質(zhì)，是指用來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質(zhì)，工作介質(zhì)決定了激光器能夠輻射的激光波長，根據(jù)形態(tài)的不同可分為固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等介質(zhì)。

泵浦源：對工作介質(zhì)進行激勵，將激活粒子從基態(tài)抽運到高能級，以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從能量的角度看，泵浦過程就是外界提供能量（如光、電、化學、熱能等）給粒子體系的過程?？煞?為光學激勵、氣體放電激勵、化學機理、核能激勵等。

諧振腔：最簡單的光學諧振腔是在激活介質(zhì)兩端恰當?shù)胤胖脙蓚€高反射率的反射鏡，其中一塊是全反射鏡，將光全部反射回介質(zhì)中繼續(xù)放大；另一塊是部分反射、部分透射的反射鏡，作為輸出鏡。按照能否忽略側(cè)面邊界，諧振腔分為開腔、閉腔以及氣體波導腔。

行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢：高功率、窄脈寬、短波長。在中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級不斷深化的背景下，產(chǎn)品和零件加工逐漸趨向精密化、微型化，激光技術(shù)也不斷向高功率、窄脈寬、短波長方向發(fā)展，更高的功率可以提高加工速度，優(yōu)化加工效率；更窄的脈寬可以降低加工損傷，提升加工質(zhì)量；更短波長可以使加工產(chǎn)生更小的光點，提供較高的分辨率，提高加工精度。

二、激光設(shè)備：潛在增長空間大，下游多點開花加快行業(yè)發(fā)展

（一）激光加工設(shè)備千億市場，市場格局較為分散

全球激光加工設(shè)備市場規(guī)模約 1200 億元，中國激光設(shè)備市場規(guī)模近 700 億元，其中工業(yè)領(lǐng) 域市場規(guī)模 432 億元。根據(jù) Optech Consulting 數(shù)據(jù)，2020 年全球激光加工設(shè)備市場規(guī)模為 174 億美元，2009-2020 年 CAGR 約為 11.4%；2020 年中國激光設(shè)備市場規(guī)模為 692 億元，2010-2020 年 CAGR 約 21.7%，其中工業(yè)是主流應用，2020 年中國工業(yè)激光設(shè)備市場規(guī)模為 432.1 億元，占比約 63%。中國是全球最大激光市場，按照 2020 年激光加工設(shè)備銷售額和當年平均匯率計算，2020 年全球激光加工設(shè)備市場規(guī)模為 1200 億元，中國激光加工設(shè)備在全球的市場份額約為 36%。

市場格局：2020 年大族激光來自激光設(shè)備的營業(yè)收入為 90.29 億元，市場份額為 13.05%；華工科技激光設(shè)備相關(guān)的營收為 18.88 億元，市場份額為 2.73%；激光設(shè)備市場格局呈現(xiàn)較為分散的格局。

（二）切割、焊接及新應用潛在增長空間大

2019 年切割、焊接、打標設(shè)備合計占比 66%，是激光工業(yè)三大主流應用。根據(jù) Ofweek 數(shù) 據(jù)，2019 年中國激光切割、焊接、打標設(shè)備的市場規(guī)模分別為 266 億元、101 億元、69 億元，占中國激光設(shè)備市場規(guī)模的比重分別為 40%、15%、11%，合計占比 66%，是激光的主流應用。從行業(yè)增速看，2014-2019 年焊接增速最快，其次為切割和打標。

激光切割市場空間測算：根據(jù)創(chuàng)鑫激光微信公眾號數(shù)據(jù)，6000W 激光器的穩(wěn)定切割能力在 12-22mm 之間，因此中板切割至少需要 6kW 甚至更高功率的激光器。2019 年 1.5kW 以下激光器銷量占比為 95%，因此目前激光切割正處于由薄板向中厚板發(fā)展的階段。根據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2020 年薄板、中板、厚板、特厚板的產(chǎn)量占比分別為 9.9%、47.1%、31.8%、11.1%，中厚板市場空間廣闊，隨著高功率激光器發(fā)展，中厚板市場將打開激光切割成長空間。

我們根據(jù)以下假設(shè)對激光切割機市場空間進行測算：（1）假設(shè)薄板/ 中板/厚板的平均厚度為范圍中值；（2）假設(shè)薄板/中板/厚板平均密度相同；（3）假設(shè)激光器需求數(shù)量與鋼板面積正相關(guān)；（4）假設(shè) 2kW 以下激光切割機主要用于薄板市場；（5）假設(shè)中低功率激光切割機平均功率為 1kW，高功率激光切割機平均功率為 5kW。根據(jù)測算，2019 年中低功率和高功率激光切割機市場規(guī)模分別為 131 億元、135 億元，假設(shè)中厚板激光切割滲透率達到薄板市場的一半，則激光切割機市場空間有望擴容至 528 億元，即激光切割機市場存在翻倍空間。

激光焊接設(shè)備市場空間：根據(jù)觀研天下數(shù)據(jù)，焊裝工藝裝備占汽車制造裝備投資的比例約為 25%，根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2017 年汽車整車制造設(shè)備工器具購置固定資產(chǎn)投資為 1030 億元，則汽車整車制造中焊接裝備市場約為 250 億元。2019 年國內(nèi)激光焊接市場規(guī)模為 101.3 億元，僅汽車領(lǐng)域就有廣闊的增長空間，激光焊接潛在增長空間巨大。

激光清洗：激光清洗高效環(huán)保，首份國標開啟制定有望打開千億市場。激光清洗是利用窄脈寬、高功率密度的激光作用于待清洗物表面，在快速光振動、汽化、分解和等離子體剝離等機理的共同作用下，使污物脫離基底，實現(xiàn)表面清洗。傳統(tǒng)清洗多為化學藥劑和機械方法清洗，高效環(huán)保優(yōu)勢推動激光清洗對于傳統(tǒng)清洗的替代。根據(jù)前瞻網(wǎng)數(shù)據(jù)，2019 年全球工業(yè)清洗市場規(guī)模為 468 億美元，而激光清洗產(chǎn)值約 6.14 億美元，占比僅 1.5%，發(fā)展?jié)摿薮蟆?021 年 4 月 20 日，《綠色制造激光表面清洗技術(shù)規(guī)范》項目啟動會在武漢召開，重點討論激光表面清洗技術(shù)國家標準大綱和初稿并預計于 2021 年下半年完成發(fā)布。根據(jù)激光行業(yè)觀察微信公眾號援引華中科技大學教授數(shù)據(jù)，激光清洗主要有替代傳統(tǒng)工業(yè)清洗、替代人工打磨、文物/建筑清洗等新應用三大市場，潛在市場空間約 600 億元，全球需求則超過千億，首份國標開啟制定有望加快清洗市場發(fā)展。

激光熔覆在設(shè)備再制造領(lǐng)域前景廣闊。激光熔覆是通過同步或預置材料的方式，將外部材料添加至基體經(jīng)激光輻照后形成的熔池中，并使二者共同快速凝固形成包覆層的工藝方法。激光熔覆在設(shè)備再制造領(lǐng)域前景廣闊，以激光熔覆在工程機械應用為例，據(jù)不完全統(tǒng)計，預計 2020 年的工程機械報廢量將高達 120 萬臺，以液壓挖掘機為例，每年淘汰的數(shù)量預計為 10-15 萬臺，如果有 40%進入再制造，那么每年液壓挖掘機的再制造量將達到 4-6 萬臺，而液壓支架立柱通過激光熔覆修復后使用壽命是電鍍修復的 6 倍以上，激光熔覆在設(shè)備再制造領(lǐng)域前景廣闊。根據(jù) 珠峰光電判斷，2019 年激光熔覆機市場銷量在 400-500 臺，2020 年約 700-800 臺，預估 2021 年為 1000-1500 臺，行業(yè)正處在快速發(fā)展階段。

（三）下游多點開花加快行業(yè)發(fā)展

1、鋰電：新能源車快速發(fā)展，激光鋰電設(shè)備需求旺盛

新能源車大勢所趨，鋰電設(shè)備需求旺盛。2020 年 11 月 2 日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》，明確 2025 年新能源車滲透率約 20%，我國新能源汽車步入快速發(fā)展階段。與此同時，世界各國紛紛出臺政策推動新能源車發(fā)展，2020 年 1 月歐盟開始執(zhí) 行全球最嚴碳排放法規(guī)，美國白宮也于近日表示，拜登將簽署一項行政令，設(shè)定了到 2030 年零排放汽車銷量占新車總銷量 50%的目標。隨著全球電動汽車滲透率的提升，鋰電池供需將出現(xiàn) 缺口，根據(jù) SNE Research 預測，到 2023 年，全球電動汽車對動力電池的需求達 406 GWh，而動力電池供應預計為 335 GWh，供需缺口約 18％，到 2025 年，供需缺口將擴大到約 40％。在此背景下，鋰電池廠商紛紛擴產(chǎn)，鋰電設(shè)備需求旺盛。

激光加工已廣泛應用于鋰電池制造。鋰離子電池在安全性、一致性、密度等方面要求較高，對生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝要求嚴格。激光加工在加工效果和效率上優(yōu)勢明顯，目前已廣泛應用于鋰電池生產(chǎn)的前段、中段、后段，具體包括焊接、切割、清洗等。以激光焊接在動力電池上的應用為例，激光焊接的焊點小、效率高，易于實現(xiàn)自動化，并且有助于提高電池生產(chǎn)的良品率，目前激光焊接設(shè)備已成為動力電池生產(chǎn)線的標配。根據(jù)聯(lián)贏激光招股書，激光焊接設(shè)備在動力電池廠商投入中的占比約 5-15%?？紤]到激光切割、清洗、標記等在鋰電池制造中均有廣泛應用，假設(shè)激光加工設(shè)備在鋰電池制造中的占比為 25%。

我們根據(jù)以下假設(shè)對鋰電領(lǐng)域激光設(shè)備市場空間進行測算：（1）2021-2025 年中國汽車銷量以 2%的速度平穩(wěn)增長；（2）2025 年中國新能源車滲透率達到 20%；（3）單車電池裝機容量平穩(wěn)增長；（4）動力鋰電池廠商產(chǎn)能利用率逐步提升；（5）鋰電設(shè)備投資額逐步下降至 2.3 億元 /GWh；（6）假設(shè)鋰電設(shè)備中激光設(shè)備占比為 25%。根據(jù)測算，2021-2025 年中國鋰電領(lǐng)域激光設(shè)備平均每年的市場規(guī)模超過 70 億元。

國內(nèi)多家企業(yè)布局激光鋰電設(shè)備。國內(nèi)涉足鋰電激光焊接設(shè)備的企業(yè)主要有：大族激光、海目星激光、聯(lián)贏激光、逸飛激光、華工激光、光大激光、迅鐳激光、楚源光電、泰德激光等。

（1）大族激光：公司在電芯設(shè)備、模組及 PACK 段市場占有率及技術(shù)水平位于行業(yè)前列，并能夠提供電芯和模組生產(chǎn)的整線智能裝備交付，2020 年公司新能源業(yè)務(wù)實現(xiàn)營業(yè) 收入 2.71 億元，并于寧德時代等主流客戶保持良好合作關(guān)系，根據(jù)公司公告，2020 年公司取得寧德時代設(shè)備訂單超過 12 億元，訂單額創(chuàng)歷史新高，訂單的交付期主要集中在 2021 年度。

（2）海目星：公司在動力電池領(lǐng)域的產(chǎn)品主要包括高速激光制片機、電池裝配線、電芯干燥線等，應用的工藝環(huán)節(jié)包括極片制片、電芯裝配、烘烤干燥等，2020 年公司動力電池激光業(yè)務(wù)實現(xiàn)營收 4.86 億元。

（3）聯(lián)贏激光：公司產(chǎn)品主要為激光焊接設(shè)備，是國內(nèi)激光焊接行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，2020 年公司動力電池業(yè)務(wù)的收入為 6.15 億元。

2、光伏：碳減排下光伏裝機快速增長，光伏激光設(shè)備需求旺盛

激光加工在太陽能電池生產(chǎn)中應用廣泛。降本增效是太陽能電池生產(chǎn)的核心訴求，激光加工技術(shù)因為其精度高、零接觸等原因，在太陽能電池生產(chǎn)的消融、切割、刻邊、摻雜、打孔等工藝流程取得重要應用。

行業(yè)快速發(fā)展下，光伏激光設(shè)備需求旺盛。我們根據(jù)以下假設(shè)對我國光伏領(lǐng)域激光設(shè)備市場規(guī)模進行測算：（1）中國光伏年度新增裝機規(guī)模參照 CPIA 保守與樂觀數(shù)據(jù)的中值；（2）假設(shè)行業(yè)產(chǎn)能利用率維持在 70%；（3）假設(shè) PERC 新建產(chǎn)能占比逐步下降至 0%，TOPCon 和 HJT 新建產(chǎn)能占比逐步上升；（4）根據(jù) CPIA 數(shù)據(jù)，2020 年 PERC、TOPCon、HJT 單位產(chǎn)能投資額分別為 22.5 萬元/MW、27 萬元/GW、45-55 萬元/GW，假設(shè)之后年度單位產(chǎn)能設(shè)備投資額逐步下降；（5）根據(jù)帝爾激光公布的機構(gòu)調(diào)研公告，1GW 電池生產(chǎn)線需要配置的激光 SE 設(shè)備大約 5-10 臺，需要配置的激光 PERC 消融設(shè)備大約 5-8 臺，1GW 對應的設(shè)備占比為總投資額的 8%-10% 左右。我們假設(shè)激光加工設(shè)備在光伏電池設(shè)備中的占比為 10%。根據(jù)測算，2025 年國內(nèi)光伏激光設(shè)備市場規(guī)模將達到 32 億元。

三、激光器：光纖占比最高，超快與半導體快速發(fā)展

（一）激光器市場規(guī)模與分類

全球激光器市場規(guī)模持續(xù)增長，材料加工與光刻占比最高。根據(jù) Laser Focus World 數(shù)據(jù)， 2014-2019 全球激光器市場 CACR 為 9.5%，2019 年同比+7.0%至 147 億美元。激光被廣泛應用于材料加工與光刻、通信與存儲、科研軍事、醫(yī)療美容等領(lǐng)域，其中材料加工與光刻應用占比最高，2019 年銷售收入為 60.3 億美元，占全球激光器市場的 40.6%。

激光器的分類：激光器常見的分類方式有五種：增益介質(zhì)、輸出功率、工作方式、輸出波長和脈沖寬度。（1）按照增益介質(zhì)，激光器可分為固體激光器、氣體激光器、染料激光器、半導體激光器、光纖激光器和自由電子激光器 6 種；（2）按照輸出功率，可分為小功率激光器、中功率激光器、高功率激光器；（3）按照工作方式，可分為連續(xù)激光器、脈沖激光器；（4）按照輸出波長，可分為紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等；（5）按照脈沖寬度，可分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒激光器、皮秒激光器、飛秒激光器等。

光纖激光器占比超過 50%，成為主流的激光器。光纖激光器特指以光纖作為工作介質(zhì)的激光器。光纖激光器性能優(yōu)異并且可通過光纖導出激光從而避免復雜的反射鏡系統(tǒng)，2019 年占工業(yè)激光器的份額達到 53%，已成為激光器行業(yè)主流。

（二）光纖激光器：中高功率國產(chǎn)化快速推進

全球光纖激光器市場規(guī)模 27 億美元，國內(nèi)市場規(guī)模 94 億元。根據(jù)國際工業(yè)激光商業(yè)行情數(shù)據(jù)，2015-2019 年，全球光纖激光器的市場規(guī)模由 11.7 億美元增長至 27.4 億美元，CAGR 為 23.71%。隨著政策支持和技術(shù)進步，國內(nèi)光纖激光器市場快速增長。2015-2020 年，我國光纖激光器市場規(guī)模由 40.7 億元增長至 94.2 億元，CAGR 為 18.27%。按照 2019 年光纖激光器市場規(guī)模和平均匯率計算，國內(nèi)市場占全球的份額約為 43.7%。

中高功率國產(chǎn)化快速提升，國內(nèi)企業(yè)市占率快速提升。隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)不斷提升，國產(chǎn)激光器品質(zhì)逐步向國外先進水平靠攏，同時國內(nèi)企業(yè)具備成本和服務(wù)的雙重優(yōu)勢：（1）成本優(yōu)勢：激光器產(chǎn)品自身較為復雜，其生產(chǎn)制造依賴大量熟練的技術(shù)工，難以用自動化設(shè)備完全替代。因此國內(nèi)企業(yè)在成本上具備較大優(yōu)勢；（2）服務(wù)優(yōu)勢：國內(nèi)企業(yè)占據(jù)本土的主場優(yōu)勢，能夠提供更加優(yōu)質(zhì)的售前和售后服務(wù)。成本和服務(wù)優(yōu)勢下中高功率激光器國產(chǎn)化趨勢繼續(xù)進行，2019 年中功率國產(chǎn)光纖激光器占比繼續(xù)提升，由 2018 年的 54.90%提升至 2019 年的 56.74%；2019 年高功率國產(chǎn)光纖激光器的占比大幅提高，由 2018 年的 34.48%提升至 2019 年的 55.56%。在中高功率國產(chǎn)光纖激光器份額大幅提升的背景下，國內(nèi)激光器企業(yè)的市場份額提升，2017-2020 年銳科激光的市場份額由 12%提升至 24%，創(chuàng)鑫激光由 10%提升至 16.6%，而 IPG 的市場份額則由 52.7%下滑至 34.6%。

（三）超快激光器：精密加工重要方向

超快激光廣泛應用于精密加工。超快激光包括飛秒激光（脈沖寬度≤10 -15s）與皮秒激光（脈沖寬度≤10 -12s），與長脈沖激光相比，相同脈沖能量下超快激光極短的脈寬使其能達到極高的峰值功率，經(jīng)過啁啾脈沖放大后可達 1012W~1015W，光束被聚焦至微米或者更小尺度時，聚焦中心處的峰值功率甚至可達 1020~1023 W/cm2。在極高的功率條件下，超快激光幾乎可以將所有材料完全電離，即超快激光與物質(zhì)的相互作用是多光子吸收的非線性電離過程。相比長脈沖激光加工，超快激光加工能大幅度降低加工過程中的熱損傷和熱效應，提高加工質(zhì)量。因此超快激光亦被稱為冷加工，在在工業(yè)微加工、科研應用、精準醫(yī)療、航空航天、增材制造等應用領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

超快激光器行業(yè)發(fā)展迅速。隨著消費電子、新型顯示、生物醫(yī)療、3D 打印、高端裝備等新應用的發(fā)展，對于激光加工精細度要求越來越高，超快激光已經(jīng)成為精密加工的重要方向。2015年到2020年國產(chǎn)皮飛秒超快激光器出貨量由40臺增長至2100 臺，2015-2019 年我國超快激光器市場規(guī)模由 2.9 億元增長至 24.5 億元。根據(jù) Laser Focus World 數(shù)據(jù)，2019 年全球超快激光器市場規(guī)模為 16 億美元，同比增長 16.8%，占全球激光器市場規(guī) 模的比重為 10.6%。

超快激光的發(fā)展前景良好，國內(nèi)多個企業(yè)均進行了布局。大族激光于 2015 年自主研發(fā)皮秒激光器并實現(xiàn)量產(chǎn)，此后持續(xù)加強對于超快激光、超短波光源的研發(fā)和量產(chǎn)；華工科技、銳科激光、德龍激光等通過子公司也在超快激光器進行了布局，此外超快激光領(lǐng)域還有英諾激光、安揚激光、凱普林激光等具備一定實力的企業(yè)。根據(jù) Ofweek 數(shù)據(jù)，截止 2018 年底，我國共有規(guī)模以上超快激光器研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè) 35 家（不包括科研機構(gòu)、已注銷或非正常運營企業(yè)）。

（四）半導體激光器：發(fā)展前景廣闊

半導體激光器工作原理：半導體激光器是指以半導體材料為工作介質(zhì)的激光器，采用半導體芯片制造工藝，以電激勵源方式，以半導體材料為增益介質(zhì)，將注入電流的電能激發(fā)，從而實現(xiàn) 諧振放大選模輸出激光。其增益介質(zhì)與襯底主要為摻雜 III-V 族化合物的半導體材料，如 GaAs （砷化鎵）、InP（磷化銦）等。

半導體激光器分為邊發(fā)射和面發(fā)射兩種。根據(jù)諧振腔制造工藝的不同，半導體激光芯片分為邊發(fā)射激光芯片(EEL)和面發(fā)射激光芯片（VCSEL）。邊發(fā)射激光芯片是在芯片的兩側(cè)鍍光學膜形成諧振腔，沿平行于襯底表面發(fā)射激光，而面發(fā)射激光芯片是在芯片的上下兩面鍍光學膜，形成諧振腔，由于光學諧振腔與襯底垂直，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于芯片表面發(fā)射激光。面發(fā)射激光芯片有低閾值電流、穩(wěn)定單波長工作、可高頻調(diào)制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷、制造成本低等優(yōu)點，但輸出功率及電光效率較邊發(fā)射激光芯片低。

半導體激光器特點及應用。半導體激光器優(yōu)缺點十分明顯：優(yōu)點是體積小、結(jié)構(gòu)簡單、光電轉(zhuǎn)換效率高、壽命較長、易于調(diào)制等，缺點是輸出光束質(zhì)量差、光束發(fā)散角大、光斑不對稱、受到帶間輻射的影響導致光譜純度差、工藝制備難度高等。半導體激光器可作為光纖激光器、固體激光器的泵浦源，也可作為直接使用其輸出激光的直接半導體激光器，在能量光子、信息光子、顯示光子均有廣泛應用。

半導體激光器已成為光電行業(yè)最有發(fā)展前景的領(lǐng)域之一，2020 年全球市場規(guī)模為 67.24 億美元。隨著半導體激光器技術(shù)的快速發(fā)展和突破，半導體激光器產(chǎn)品質(zhì)量、波長范圍和輸出功率正在迅速提高，同時在直接半導體激光加工應用以及中高功率光纖激光器差異需求的推動下，具有中高功率、高光束質(zhì)量的半導體激光器快速發(fā)展。目前半導體激光器已應用到激光加工、3D 打印、激光雷達、生命科學與健康和紅外照明與顯示等領(lǐng)域方面,半導體激光器也成為光電行業(yè) 中最有發(fā)展前景的領(lǐng)域之一。根據(jù) Laser Market Research 數(shù)據(jù)，2015-2020 年全球半導體激光器的市場規(guī)模由 41.75 億美元增長至 67.24 億美元，CAGR 約為 10.0%。

美國和歐洲的半導體激光行業(yè)起步較早，在技術(shù)上具備領(lǐng)先優(yōu)勢，半導體激光芯片及器件廠商仍以國外企業(yè)為主，海外半導體激光器企業(yè)主要為上下游同時布局的一些巨頭公司，包括貳陸集團、朗美通、IPG 光電等。國內(nèi)主要企業(yè)為長光華芯、武漢銳晶、華光光電、炬光科技等。

四、運控系統(tǒng)：高功率領(lǐng)域國產(chǎn)化有望快速推進

運動控制系統(tǒng)是各類設(shè)備的大腦，軟件是其核心。運動控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)控制程序，經(jīng) 計算機處理后，實時控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。運動控制系統(tǒng)由硬件和軟件集成，硬件即工業(yè)控制板卡，包括主控單元、信號處理等部分，軟件是控制算法，其中硬件是運動控制系統(tǒng)的載體，軟件是核心，二者共同決定了運動控制系統(tǒng)的精度、效率。

激光切割控制系統(tǒng)是運動控制在激光切割中的應用。激光切割運動控制系統(tǒng)是運動控制在切割中的運用，位于激光產(chǎn)業(yè)中游，與激光器、機械部件等共同構(gòu)成激光切割設(shè)備。激光切割控制系統(tǒng)的作用是控制激光切割頭運動軌跡以及與被切割物體之間的距離，可被運用于所有涉及金屬材料切割的行業(yè)，并正逐步向非金屬切割領(lǐng)域發(fā)展。

市場空間：我們根據(jù)以下假設(shè)對激光切割控制系統(tǒng)市場空間進行測算：（1）假設(shè)中低功率激光切割設(shè)備銷量按照 15%速度增長，因為已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，假設(shè)單價按照 2%速度下降；（2）假設(shè) 2021-2025 年高功率切割設(shè)備市場規(guī)模增速為 50%、40%、35%、35%、35%，考慮到國產(chǎn)化快速推進，假設(shè)單價以 6%左右速度下降；（3）根據(jù)測算，2025 年中低功率和高功率激光切割控制系統(tǒng)的市場規(guī)模分別為 10.41 億元、28.04 億元，總市場規(guī)模為 38.45 億元。

中低功率領(lǐng)域已基本國產(chǎn)化，柏楚電子市占率超過 60%。中低功率激光切割控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，國產(chǎn)控制系統(tǒng)憑借良好的使用性能和綜合性價比，已基本實現(xiàn)進口替代。目前國內(nèi)市場市占率前三的企業(yè)為柏楚電子、維宏股份、奧森迪科，合計市場占有率約為 90%，其中柏楚電子的市場占有率超過 60%。

高功率領(lǐng)域仍為國際廠商主導，國產(chǎn)化有望快速推進。目前在高功率激光切割控制系統(tǒng)領(lǐng)域，國際廠商仍占據(jù)絕對優(yōu)勢，主要企業(yè)包括德國倍福、德國 PA、西門子等，柏楚電子在國內(nèi)高功率激光切割控制系統(tǒng)的市占率超過 10%。目前激光切割設(shè)備國產(chǎn)化程度已達到 80%-90%，國內(nèi) 設(shè)備廠商使用國產(chǎn)化系統(tǒng)的意愿較強，同時隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)的快速進步，高功率領(lǐng)域有望復制中低功率領(lǐng)域的國產(chǎn)化之路，預計國產(chǎn)化將快速推進。

五、重點公司分析

（一）銳科激光：國產(chǎn)光纖激光器龍頭，步入快速發(fā)展階段

公司是國內(nèi)光纖激光器龍頭，業(yè)績拐點顯現(xiàn)。公司由航天科工控股，領(lǐng)軍人才持股管理，自成立以來在多個功率段率先實現(xiàn)光纖激光器的國產(chǎn)化，持續(xù)引領(lǐng)光纖激光器的國產(chǎn)化，2020 年公司在國內(nèi)光纖激光器市場的市占率為 24.4%，是國內(nèi)光纖激光器龍頭。疫情后公司收入和利潤步入快速上升通道，2020Q3-2021Q2 公司單季度歸母凈利潤同比增速依次為 84%、158%、902%、 168%，業(yè)績拐點顯現(xiàn)。

國產(chǎn)替代+盈利能力修復，國內(nèi)企業(yè)迎來發(fā)展良機。（1）隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)不斷提升，國產(chǎn) 激光器品質(zhì)逐步向國外先進水平靠攏，同時國內(nèi)企業(yè)具備成本和服務(wù)的雙重優(yōu)勢，國產(chǎn)化趨勢下國內(nèi)激光器企業(yè)市場份額快速提升；（2）我們認為行業(yè)價格競爭趨緩，企業(yè)盈利能力將繼續(xù)修復，主要有 2 點原因：①國內(nèi)企業(yè)具備成本優(yōu)勢，且降本空間更大；②焊接等業(yè)務(wù)的非標準化從根本上避免了切割打標領(lǐng)域激烈的價格競爭，隨著國內(nèi)激光器企業(yè)焊接、清洗等非標業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，預計行業(yè)整體價格競爭將趨于緩和。

技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈布局鑄就銳科激光核心競爭力。（1）公司研發(fā)團隊優(yōu)秀，三位行業(yè)領(lǐng)軍人才持股管理有助于帶領(lǐng)公司實現(xiàn)更好的發(fā)展；2020 年公司多項技術(shù)取得突破，新產(chǎn)品大幅解決了行業(yè)應用痛點；（2）產(chǎn)業(yè)鏈布局，一方面通過上游垂直整合，降本的同時提升公司產(chǎn)品性能；另一方面，前瞻性布局超快激光器和半導體激光器，布局行業(yè)未來潛在爆發(fā)點，助力公司長期發(fā)展。

（二）柏楚電子：激光切控系統(tǒng)龍頭，產(chǎn)業(yè)拓展打開成長空間

國產(chǎn)激光切割系統(tǒng)龍頭，業(yè)績增速快，盈利能力強，現(xiàn)金流優(yōu)質(zhì)。公司成立于 2007 年，2012 年切入激光切割控制系統(tǒng)，目前已成長為國產(chǎn)激光切割系統(tǒng)龍頭。在行業(yè)快速發(fā)展和國產(chǎn)化的雙重驅(qū)動下，公司業(yè)績快速增長，2016-2020 營收和歸母凈利潤 CAGR 分別為+47.1%/+49.0%。得益于行業(yè)特征以及公司較強的議價能力，公司盈利能力極強，2020 年銷售毛利率和凈利率分別為 81%、65%，同時公司現(xiàn)金流優(yōu)質(zhì)，具備較強的內(nèi)生發(fā)展動力。

高功率切控系統(tǒng)國產(chǎn)化推動公司業(yè)績增長。目前中低功率激光切割系統(tǒng)已基本國產(chǎn)化，公司市場占有率超過 60%，而高功率領(lǐng)域仍主要由國外企業(yè)占據(jù)，基于以下幾點原因，我們認為公司有望復制中低功率的發(fā)展路徑，實現(xiàn)高功率領(lǐng)域的國產(chǎn)化：（1）目前我國高功率激光切割設(shè)備國產(chǎn)化程度已達到 80%-90%，國產(chǎn)廠商使用國產(chǎn)系統(tǒng)的意愿較強；（2）國產(chǎn)產(chǎn)品價格更低，同時具備本土的服務(wù)優(yōu)勢，公司已覆蓋 400 多家行業(yè)主要的激光設(shè)備商，并積累了良好的口碑；（3）公司是唯一掌握切割過程五大技術(shù)的企業(yè)，大幅提升了切割加工的便捷性，在應用層面強于海外企業(yè)；（4）隨著公司募投項目的推進，高功率國產(chǎn)化有望快速推進，從而推動業(yè)績快速增長。

產(chǎn)業(yè)拓展下，公司持續(xù)成長可期。（1）布局超快激光，有望形成新的業(yè)績增長點：超快激光已成為精密加工的重要方向，2015 年到 2020 年我國超快激光器市場規(guī)模由 2.9 億元增長至 27 億元，公司在超快激光領(lǐng)域已形成較強的競爭力，隨著募投項目推進，超快激光有望形成新的業(yè)績增長點；（2）拓展激光切割頭，從軟件向硬件延伸：激光切割頭是激光切割機三大主件之一，公司拓展激光切割頭一方面可以加強控制系統(tǒng)與切割頭之間的適配性，從而提升切割效果，另一方面也可提供一體化綜合解決方案；（3）拓展智能焊接機器人，打開公司成長空間：焊接為切割后道工序且底層技術(shù)相通，公司具備產(chǎn)業(yè)拓展的技術(shù)基礎(chǔ)。鋼結(jié)構(gòu)焊接市場空間大，并且焊工短缺下智能焊接機器人需求十分旺盛，智能焊接機器人將徹底打開公司成長空間。