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国内光纤激光器的技术水平及市场情况概览
发布时间:2014-04-22    来源:ofweek   阅读次数:1528 分享到:

    光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。     
    早在1961年,美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作,但由于相关条件的限制,其实验进展相对缓慢。而80年代英国Southhampton大学的S.B.Poole等用MCVD法制成了低损耗的掺铒光纤,从而为光纤激光器带来了新的前景。

    光纤激光器最大的市场在千瓦级以上的应用。目前来讲,二维钣金切割是千瓦级光纤激光器的主要应用,国内的大功率切割机市场每年有近两千台的需求。高功率激光的焊接和其他应用,市场潜力更大。正由于此,国内大厂家均瞄准了高功率产品。

  从技术层面上来讲,高功率光纤激光器分单模和多模。将几个较低功率(低于千瓦级)的单模光纤激光输出合成一个千瓦级的输出应远比千瓦级的单模输出要容易。虽然,能取得多大功率的单模输出代表着高功率光纤激光器厂家的技术水平,但从原则上说,能取得几百瓦单模光纤激光输出的厂家均能做出千瓦级的多模光纤激光器。而大部分工业应用,如中厚钣金切割和焊接,并不需要单模。
  激光市场的竞争日益激烈。新技术、新应用以及现有技术的不断改进都在不断改变着市场的格局。诞生于60 年代,发展于90 年后的光纤激光器凭借着她的先天性优势不断地扩充自己的地盘,全面向光通讯、大功率激光加工、激光医学、生物技术扩张,特别是她在激光加工和光通讯方面的发展潜力,让业界叹为观止,这位市场的新宠或许会在未来的某一天取代传统激光器。
  也正因为光纤激光器特有的加工优势及巨大的市场潜力,该领域吸引了众多资本投资。而在这些投资大军中,有成功的、有失败的;有赚钱的、有亏本的。赚钱的公司计划投资新的生产基地以扩大市场份额,经营困难的企业则说光纤激光器没有传说中的那么神,这个领域已经开始出现泡沫。下面以几家国内光纤激光器企业的兴衰来管窥市场光纤激光器状况。

光纤激光器业务“消失匿迹”

  昂纳成立于2000年10月,是中国最早做光无源器件的公司之一,高科技外商独资企业,前身是开发科技光通信部门,其产品涉及单模光纤耦合器、单模树型光耦合器模块和高功率镱铒共掺光纤放大器。该公司2010年在香港成功上市。上市两年后,昂纳开始以光器件技术平台为基础,向多元化业务进军。目标有自动化、光纤激光器和光学检测等其他新兴领域。
  2012年上半年昂纳成立了光纤激光器部门并预计将在当年第四季度推出产品。同时还表示这些业务日后将成为集团新的收入来源,并期望在未来五年,发展为多元化的高科技公司。  当时,昂纳表示还将继续关注光纤激光技术的应用,并于2013年3月推出10瓦及20瓦的光纤激光器产品。昂纳光通信表示,伴随自动化分部成功取得第一张订单及光纤激光产品首次露面,新业务分部可成为新的收入来源并推动本集团日后持续成功。
  对于昂纳进入光纤激光器领域,有几位业者表示并不为奇。原因在于昂纳光通信深耕光纤激光器关键器件--光纤放大器多年,且技术背景深厚。但是,光纤激光器领域不仅技术门槛高,市场还存在几个巨头强有力的垂直整合能力不容忽视。
  昂纳光通信日前在港交所发布了2013年全年财报。财报显示,2013年昂纳收入和利润均出现大幅下降,尤其是净利润下降幅度高达87%。其中,从2013年的财报中光纤激光器等业务已经不见影踪,说明该公司投资光纤激光器策略已经失败。

    目前国内可能仍有30多家已经进入或者正在准备投资进入光纤激光器领域,加剧了国内光纤激光器行业无序竞争的恶性状态。大家都觉的这个行业很有潜力,因此就一窝蜂地进入该领域,殊不知这其中的90%以上很可能“血本无归”。因为光纤激光器领域没有大家想象的那么简单,当发现出现问题时时机已晚。
  如果想进入光纤激光器领域,创鑫激光创始人胡小波建议,这需要考虑自身的技术水平以及未来市场的变化。他表示,一家新的光纤激光器企业开始研发到最后的产品推出及品牌建立,可能需要4到5年的时间,但往往市场格局已经在发生彻底改变。随着IPG光纤激光器价格下降,及国内同类型光纤激光器产品的推出,将会促使光纤激光器“价格战”的爆发。在这样无序竞争的市场环境下,新进入光纤激光器领域的企业就很难存活下来。所以新进入的公司需要找准方向形成特色,综合评估,这样才有可能在市场竞争下脱颖而出。

  深圳市创鑫激光技术有限公司成立于2004年,在光纤激光器领域具有全面、高端的脉冲光纤激光器技术、高功率光纤元器件技术、高功率连续光纤激光器技术以及丰富的实战经验。目前,该公司还在鞍山激光产业园建设新的光纤激光器生产基地。
  2007年创鑫激光就研发出国内首台1550nm波段脉宽可调MOPA脉冲光纤激光器,这是国内首台应用于DTS(分布式测温系统)的光纤激光器。之前国内DTS传感方案都是采用半导体激光器,传感距离只有1公里。但是使用创鑫激光1550nm脉冲光纤激光器之后,传感距离提升到10公里。目前,创鑫激光1550nm脉冲光纤激光器每年销量都在200台以上。创鑫激光通过该系列光纤激光器的产业化,为研发MOPA光纤激光器打下了很好的基础。其中,仅自2013年1月到6月,创鑫激光调Q系列产品已经销售达到2000台,比2012年增长了4倍。

  海归激光专家回国创业增多 低功率光纤激光器技术已经普及
  2012年6月和8月,光汇激光和天元激光分别在不同的地方为了同一个目标而起航。
  2012年6月,杨健的创业团队和物构所正式签约在榕成立福建中科光汇激光科技有限公司,集光纤激光发生器的研发、制造、销售于一体,致力于为工业制造提供优质的光纤激光发生器,推动我国加工工业的产业升级换代。
  杨健,加拿大麦克马斯特大学工程学院工程物理博士、博士后,曾长期担任美国纽芬公司首席激光科学家。纽芬公司是国际第一的特种光纤制造商和全球第三的光纤激光器制造商,在担任该公司首席激光科学家期间,杨健全面负责公司工业用光纤激光器系列从研发到生产的全部流程,17年强激光与脉冲激光的科研与开发经验,以及光纤器件的生产和应用开发经历,让他成为行业翘楚。但回国创业,一直是他的梦想。2012年,杨健放弃在国外优越的地位和丰厚的收入,决定回国创业。
  杨健表示:“目前公司已经完成了200瓦光纤激光器样机的研制,正在进行500瓦光纤激光器样机的试制。”[JF:Page]

  江苏天元激光科技有限公司成立于2012年8月,总投资8000万元,注册资本3500万元。该公司总经理李丰表示,“天元激光在2012年8月底成立,由归国博士和具有丰富国内工作经验的经营团队共同组建而成,是一个接地气,有中国特色的团队。我们的目标是做高功率光纤激光器、半导体激光器及其应用。天元激光自成立以来发展速度非常快,也得到了投资人的大力支持。在很短的时间内,已经研制出相关产品,例如20W及30W脉冲光纤激光器,1000W连续光纤激光器,封装模块等方面。目前天元激光脉冲光纤激光器及封装模块已经开始小批量投入市场。”

    目前国内能够生产千瓦及千瓦以上光纤激光器的企业不是很多,而天元激光作为刚刚成立的企业就研制出了千瓦级光纤激光器,可以说是中国光纤激光器领域的“新星”

  天元激光千瓦级光纤激光器的优势在于高稳定性,可以免维护运行,未来将在切割、焊接机淬火方面得到应用。在产品研发方面,天元激光具有芯片封装技术,对于降低产品成本及提高质量都有很大的帮助。这也是天元激光与其他激光企业很大的不同点。
  李丰表示,“2013年是天元激光成立发展的第一年,在这一年里我们已经实现了零的突破,大概有一两百万的销售额。2014年天元激光计划达到两千万左右的销售额。同时,我们还将加大研发方面的投入,保持公司具有持续不断的创新能力,开发出更好的产品并推向市场。”
  在威海高新区海富光子科技高端光纤激光器项目现场,空旷的工地上高耸着一台大型打桩机,几名工人正在进行打桩作业。现场调度项目的海富光子科技股份有限公司副总经理张起航表示,他们的厂房主体将于今年9月份完工,当年底进驻投产,主要生产具有自主知识产权及世界领先水平的高端光纤激光器产品。 该公司是一家致力于发展高端光纤激光器的高科技公司,由中组部“千人计划”入选者领头创建,核心团队由中科院院士,中组部千人特聘教授及几名海归博士组成,研发团队包括多名具有多年高端光纤激光器研发经验的博士,硕士。  近日,该公司成功研制出了高峰值功率(600 kW)纳秒级短脉冲全光纤激光器及单纤高功率(2000W)准单模连续型全光纤激光器。
  高峰值功率纳秒级短脉冲全光纤激光器可输出重复频率为10 kHz,脉冲宽度3.3 ns,峰值功率超过600kW的激光脉冲,此激光器在激光雷达、地质探测、高端雕刻、精细切割等领域具有广泛应用需求。此激光器近日通过山东省科技厅鉴定为国际领先水平!
  单纤高功率(2000W)准单模连续型全光纤激光器,采用单纤结构,可输出超过2000W激光功率,同时光束质量优越,M2小于1.6,这是国内首台2000W级单纤准单模全光纤激光器,可广泛应用于远程切割、精细焊接等工业加工领域,近日通过山东省科技厅鉴定为国内领先、国际先进水平。

  中国光纤激光器的“创业英雄”
  我国首台万瓦光纤激光器于2013年初研制成功,这一激光设备可以从绣花针粗细的光纤中释放出的足以焊接飞机、船舶的激光能量——这项激光功率合束技术,被美国视为万瓦激光器的核心机密。这标志着中国在高功率光纤激光器研制领域进入世界先进水平,成为继美国后第二个掌握此项尖端技术的国家。
  这一激光器由两位国家“千人计划”专家闫大鹏、李成率队,历时一年研发攻关,终于掌握该技术的自主知识产权。担任锐科公司总工程师的闫大鹏说,虽然光纤激光器原理看似很简单,但高功率合束技术要做到既降低能量损耗,又保证光束质量,这在世界范围内长期以来都是一项技术难题。
  闫大鹏早年是美国做光纤激光器的,而国内的激光器研究一直处在实验室阶段,长年依靠进口。那几年,闫大鹏得知自己在美国参与研发的产品被高价卖回国内,内心深受触动。他想到,“我有技术,为何不回国助力激光器产业发展,扭转国内受制外国技术封锁、价格垄断的困局呢?”2006年,闫大鹏随海外高端人才代表团到武汉参加“华创会”,抱着试试看的心态来寻找合作伙伴。

 当时,国内激光龙头企业华工科技也正在寻求一名领军人才。得知闫大鹏的到来,华工科技如获至宝,立刻向闫大鹏伸出橄榄枝。当天,华工科技的董事长马新强还在外出差,获知消息立即星夜驰回武汉,又追着闫大鹏的脚步,飞到了北京。一夜长谈之后,闫大鹏被马新强的真诚打动,当即拍板,要与华工科技展开合作。次年,闫大鹏便出资1000万现金入股,双方合作成立了武汉锐科光纤激光器技术有限公司。
  2007年4月,华工科技子公司武汉华工激光工程有限责任公司与闫大鹏共同出资设立武汉锐科光纤激光器技术有限公司。该公司的注册资本为人民币3000万元。华工激光持股50%。2008年,武汉锐科还是处于成立初期,公司当年仍处于负利润状态。2009年,华工科技完成对武汉锐科的第二次增资1500万元,公司资本达6000万元,持股比例仍为50%。

    2009年,武汉锐科扭亏为盈,当年实现430万元利润。
   2010年该公司员工达到100人,光纤激光器的直接销售收入将达6000万元。经过几度扩产,该公司已具备了年产值过亿元的生产规模。目前,武汉锐科在研发方面发展比较稳健,500W-1000W激光器已经开始量产,后续2000W激光器也将量产,明年将会实现4000W激光器量产。
  2013年武汉锐科增长比较快,跟2012年相比增长80%。据国内激光专委会数据显示,锐科在中小功率激光器领域大约占据30%-40%的市场份额。据悉,武汉锐科的参股股东华工激光分别在2009年和2011年转让了其持有武汉锐科的32%和13.33%股权,截止2013年底,华工激光(华工科技全资子公司)还持有武汉锐科4.67%股权。同时,华工科技2013年度审计报告中显示,该公司在2013年度确认武汉锐科光纤激光器技术有限公司的投资收益(现金红利)为14万元。由此可以推算出2013年度锐科激光现金分红约300万元。
  该公司销售总监汪伟对表示,作为国内光纤激光器领军企业,锐科计划2014年要实现超过2亿的销售量,与2013年相比增长70%-80%左右。虽然锐科已经开发出10KW光纤激光器,但是并不准备推出更高功率的激光器。主要是因为10KW光纤激光器在普通工业应用中几乎用不到,现阶段锐科主要精力放在2000W及4000W产品的品质及可靠性的提升方面。核心器件及材料的缺失,是制约国内高功率光纤激光器发展的瓶颈,也是最大的难点。锐科要做中国自己的光纤激光器,必将在核心器件及材料是实现突破。

  光纤激光器企业入选2013年美股“100家增长最快的公司”排行榜前十

  2013年8月29日,《财富》杂志于发布了2013年美股“100家增长最快的公司”排行榜。这份以“增长”为考核指标的榜单由《财富》杂志每年发布一次,锁定在美国上市交易的所有公司,根据其近三年来的营收增长率,每股收益增长率以及三年期年化总体回报率进行排序,每年的榜单上都会涌现出一批新秀,从中可以看出哪些企业欣欣向荣,在当前的经济环境下正取得成功。  其中,IPG 以过去三年每股收益年均增长率153%、营业收入年均增长率46.4%、投资回报年均增长率59.1%而入选排行榜的第八位。在2013年的财务报表中可以看出,IPG 2013年权益净利率为16.78%,较上年19.58%,降低了2.8%;销售净利率24.04%,较上年26.26%,降低了2.22%。
  IPG于1998年注册成立于美国特拉华州,该公司为多种高性能光纤激光器的主要开发商和制造商,其主要研发、生产基地分布在美国、德国和俄罗斯,是唯一一家垂直一体化光纤激光器制造商。产品广泛用于材料加工、医疗与通信。不论是吉列(Gillette)剃须刀,还是大众汽车(Volkswagen),这些日常用品的生产都离不开IPG光纤激光器。

 根据IPG发布的2013年财报显示,该公司2013年营业收入为64803万美元,较2012年56253万美元增长15.2%;净利润为15578万美元,较2012年14500万美元增长7.43%。其中,2013年第一季度里从德国某汽车制造商获得了该公司史上最大的订单合同。
  IPG Photonics总裁Valentin Gapontsev博士表示:“在过去的第四季度里,IPG业绩持续保持强劲,这主要归结于光纤激光器日益增长的需求。该季度IPG营收比2012年同期增长14%,这主要得益于材料加工应用的高功率光纤激光器销售。该季度IPG净收益增长5%。”
  Gapontsev博士强调道:“材料加工业绩已经在公司总营收总到最主要部分,2013年第四季度达到了22%。高功率激光器销售同比增长24%,归功于汽车、重工业和制造业对激光切割和焊接需求增长。特别是在亚洲、北美和欧洲市场表现明显。”
  而早在2013年中,Valentin Gapontsev博士就表示,市场对于IPG公司用于材料加工应用的高功率激光器的强劲需求,特别是亚洲市场和美国市场,驱动2013年第二季度的总收入同比增长了22%。该季度的毛利率为53.5%,净收益增长了11%。本季度强劲的收入增长,进一步表明了光纤激光器技术在各种应用中的使用率越来越高。
  “2013年第二季度,IPG的材料加工业务销售额同比增长26%,大约占总销售额的94%。”Gapontsev博士继续说道,“我们继续向主要的原始设备制造商(OEM)渗透,并且也正在从面向切割和焊接应用的传统激光器领域获得更多的市场份额。该季度高功率激光器的销售额同比增长38%,其主要驱动力源于汽车及一般制造业应用。得益于更薄材料的焊接和切割应用的强劲销售,其市场主要是消费电子产品,该季度中等功率激光器的销售额同比增长41%。该季度,我们的准连续(QCW)激光器的出货量同比增长了一倍多。”
  “从地域上来看,大多数地区的销售额都实现了环比增长。”Gapontsev博士说,“中国和土耳其领导了亚洲地区的增长,主要驱动力是面向切割应用的OEM;美国市场也实现了强劲增长;德国市场中疲软的汽车应用销售,轻微抵消了我们在欧洲市场中其他领域的稳健增长。”
  “对于2013年全年来说,营收增长15%。”Gapontsev博士表示:“其中亚洲市场表现的最为强劲。2013年公司每股收益达到2.97美元,同比增长6%。在2013年里,公司加大了研发投入,并增加了相关机构及员工数量。这些投入导致2013年净收益有所较少,但增强了IPG的产品系列,提升了管理和技术水平,以保证IPG在2014年里继续保持增长。”

    国内约有30%的激光器属于光纤激光器,而且,光纤激光器行业仍在继续抢占传统激光器在制造领域的份额,尤其是切割与焊接应用。相比传统激光器,光纤激光器提高了通用性,降低了能耗,减少了运行与维护成本。
  随着光纤激光器功率、稳定性、耐用性的提高,光纤激光器越来越多的受到到下游激光设备商和应用商的青睐。未来,大功率光纤激光器具有广泛的市场需求,在巨大经济利益驱使下,将成为国内激光器厂家今后的必争之地,在“血与骨”之中,光纤激光器领域最后必将产生几家巨头企业。而对于那些“高不成低不就”的企业,被巨头收购也许就是创业的目标了。

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