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国内外激光产业发展现状

2019-05-28    

来源:第一情报

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导语:  激光科技广泛应用于高端制造、信息通讯、生物和医疗健康等产业及军事工业、国防安全等领域,是当今世界战略高科技竞争的重要领域之一。近年来,世界主要发达国家纷纷将发展激光技术作为本国优先布局的领域,给予大力支持。

  激光科技广泛应用于高端制造、信息通讯、生物和医疗健康等产业及军事工业、国防安全等领域,是当今世界战略高科技竞争的重要领域之一。近年来,世界主要发达国家纷纷将发展激光技术作为本国优先布局的领域,给予大力支持。

  1 发展激光产业的战略意义

  激光产业潜在产值可观

  据国际激光行业分析,激光产业的变化趋势与国际GDP变化趋势相同步。据美国科学和技术政策办公室2010年分析和统计,美国年GDP总产值的50%(约7.5万亿美元)与激光在相关领域的市场应用及不断广泛拓展相关,其中最主要的是激光在信息、制造业和生命科学技术领域中的贡献,具体见下表。

  表 1 激光技术在相应拓展领域的产值

主要激光光源设备

相应拓展领域

对应的GDP产值

半导体激光器、光纤激光器

信息、计算机、远程商务、光纤通讯

4万亿美元

二氧化碳激光器、光纤激光器、飞秒超快激光器、准分子激光器

交通运输、工业制造业

1万亿美元

全固态激光器、准分子激光器、飞秒超快激光器

生物技术、人类健康、医学诊断治疗

2.5万亿美元

  资料来源:美国科学和技术政策办公室

  激光技术具备加工精度高、环保节能等高端制造技术特征

  激光在技术上具有无可比拟的先进性。激光加工的突出优点是加工精度高,不影响材料的物理特性,有助于提高加工质量;加工速度快,劳动生产率高;无污染、原材料消耗低。半导体激光器和光纤激光器等先进激光器,不仅具备早期激光器的优势,还克服了早期激光器效率低、体积大等缺点,在光束质量、易于集成、维护成本、使用寿命等方面也具有明显优势,同时可以实现柔性操作和“遥控制”,大大拓展了应用领域。

  激光产业带动性强、应用领域广泛

  激光正从广度和深度两方面日益拓展应用领域,逐步渗透到国民经济的各个部门。在大工业生产方面,高功率激光设备在航空、汽车、高端装备制造等领域的切割、焊接、测量、打标等环节发挥了重要作用。如,现代汽车制造中,激光加工部件高达数百个;激光加工是飞机机头(驾驶舱)部位加工、切割成型的最佳解决方案。在精细微加工方面,超短脉冲激光在光伏、液晶显示、半导体、LED、OLED等领域的钻孔、刻线、划槽、表面纹理化、表面改性、修整、清洗等环节发挥了不可替代的作用。此外,激光与生物学、医学治疗/诊断、制药科学相结合,激光抗癌和物理治疗、激光手术、激光诊断、激光眼科治疗、激光美容已普遍进入医学各分诊疗科室,激光基因定序仪的发明使基因测序检测的时间过程加快了几百万倍。总之,激光与战略性新兴产业7大领域密切相关,自身也是战略性新兴产业高端装备制造业的重要内容。就上海而言,先进激光在飞机、船舶、汽车、新一代信息技术等战略性新兴产业领域发挥了至关重要的作用。

  表2 激光在战略性新兴产业七大领域的应用

  

战略性新兴产业七大领域

激光在该领域的应用

新一代信息技术

新型显示、通信等

高端装备制造

绿色制造、智能制造、高铁、仪器设备等

新能源

高效太阳能、智能电网等

新材料

材料精细加工等

新能源汽车

汽车关键零部件加工、复杂曲面焊接等

节能环保

半导体照明等

生物产业

先进医疗设备等

  资料来源:中科院上海光机所

  激光技术已成为世界主要发达国家重要的布局点

  当前,很多重要发达国家和经济实体制定了国家级激光产业发展计划,对光子学和激光给予了全方位的积极支持。例如美国2012年发布了“光学和光子学:美国不可或缺的关键技术”报告,对未来一段时间内激光科技的发展做出了判断和预测,并给出了具体发展的建议;欧洲在2013年发表的“光子学21”技术平台——“奔向2020-驱动欧洲经济增长的光子学2014-2020发展路线图”中,提出了提升激光科学与技术的发展建议;德国制定了三个激光技术发展五年计划,从而使得德国成为国际激光产业巨头之一;此外英国的“阿维尔计划”、日本的“激光五年计划”、俄罗斯“重大创新平台计划”等,都从国家层面对激光科技做了战略部署。

  激光技术在世界各重要发达国家安全和国防现代化中发挥着十分重要的作用。在海陆空天的战略战术武器、光电对抗、导航、信息感知等方面,正在影响和改变国家之间军事力量对比的格局。世界大型军工企业都在大力发展高能激光器技术,美国海军的舰载战术激光武器即将得到装备。

  2 全球激光产业发展现状

  与中央处理器是计算机产业的核心类似,激光器是激光产业的核心。近年来,由于先进激光的日渐成熟和应用的快速拓展,激光器尤其是工业用光纤激光器,市场规模迅速壮大。从全球市场来看,2011年全球激光器市场规模为75.7亿美元,环比增长约7%;工业用激光器规模约25亿美元,环比增长约12%。其中,光纤激光器市场规模约6亿美元,主要用于工业领域,环比增长近50%,远高于其它激光器的增速。据雷迪安斯公司预测,未来10年仅用于精细微加工的超短脉冲激光装备及相关服务就拥有超过1000亿美元的市场。

  表3 全球主要激光龙头企业

  

公司名称

主要业务

2011年销售额

2011年增幅

TRUMPF (德国)

激光器市场

27.8亿美元

51%

Rofin-Sinar Technologies (德国)

激光加工市场

5.98亿美元

41%

IPG Photonics (美国)

光纤激光器

12.9亿美元

/

Coherent(美国)

仪器与研发领域

8.03亿美元

32%

  在激光显示领域,德、日、美、韩等国均投入巨大的人力物力进行激光显示技术的研究,主流的显示企业像索尼、三菱、三星、日立、东芝等公司都在进行激光显示方面的研究。2005年,日本Sony公司推出了大型激光影院;2006年,日本精工爱普生公司宣布与美国Novalux战略合作,共同开发激光显示技术,三菱电气宣布推出激光电视样机,并制定了产业化计划。2007年,索尼推出了55英寸激光电视样机,日本三菱09年初推出了激光电视产品LaserVue,先期在北美上市的65英寸版本售价为6999美元。2010年美国HDI公司展出了其100英寸激光投影电视样机,可实现偏振式三维立体显示,同时可以实现二维与三维显示的无缝转换。

  3 国内激光产业发展现状

  从国内看,我国政府高度重视激光技术发展工作,激光技术是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的重要内容,也是《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2013年度)》明确的重点发展方向之一。地方政府在各地激光产业发展前期也进行了有力的政策扶持,如湖北在加快武汉光谷发展方面了发挥了重要作用。目前,全国形成了武汉、长春、深圳等激光产业基地,发展出团结激光、大族激光、华工激光等龙头企业。从技术水平看,目前高端产品和市场基本上被国外产品垄断,高功率光纤激光器主要依赖进口,并受到很多限制。

  表4 国内主要激光龙头企业

公司名称

所在地区

主要业务

2011年销售额

大族激光

深圳

CO2激光器及装备

36亿元人民币

华工团结

武汉

CO2激光器及装备

22亿元人民币

团结普瑞玛

上海

CO2激光器及装备

6.5亿元人民币

  在激光显示领域,国内激光显示技术的研究与世界同步,中科院光电研究院联合国内几家研究所已经推出了激光电视的样机,中国科学院长春光机所利用三片式DLP投影方式构建了适合激光显示的光学引擎,并成功地研制出了157cm激光背投影彩色电视样机,北京中视中科光电技术有限公司是国内进行激光显示研发的企业已成功开发出全球首台符合国际DCI标准的激光数字电影放映机,在北京成立全球首家激光影厅,激光电视样机也已经研制成功并演示,但是作为核心器件的红绿蓝激光器均为全固态激光器,体积大成本高,并且稳定性较差。中科院上海光机所大恒公司也于2012年推出了第一台150英寸激光电视样机,并成功推出无缝拼接环幕激光投影大屏幕,这些产品都已经在子公司得到产业化推广,并已经着手建设国内第一条红蓝绿激光器封装生产线,就激光显示关键技术展开了深入的研究;中科院上海光机所大恒公司在全固态绿光激光器衬底材料和器件方面的研究国内领先,目前正在与国外开发团队合作,通过引进人才的方式开展半导体绿光激光器的研发和产业化,未来半导体绿光激光器将成为激光显示行业的最关键瓶颈技术之一。

  4 上海激光产业发展现状

  上海在激光领域具有较好的技术积累及人才优势,具备向产业化转化的基础和条件。在技术研发和积累方面:上海光机所依托全固态激光器与应用技术重点实验室,在863计划等课题的支持下,在先进激光器的核心部件研制方面取得了重要突破,积累了一批相关专利,在高功率光纤激光器自主研发处于国内领先地位。上海市激光技术研究所在激光精细加工、激光生物医学设备等产品方面形成一定优势。交大、复旦、华师大、华东理工等高校设有激光(光学)专业,使本地培养了一大批专业人才。在产业化方面:上海团结普瑞玛是国内最大的激光切割机生产企业(以二氧化碳激光器为主),在相关市场拥有50%以上的占有率,拥有较高的品牌知名度。上海光机所凭借技术优势,围绕芯片、封装、材料、激光器及装备等环节,着力打造完整产业链。如,在芯片环节,计划筹建半导体激光芯片公司;在材料元器件环节,成立了激光电源公司;在激光器环节,成立纽敦光电公司和飞博激光公司;在激光装备及应用环节,成立中科天维公司;并在激光医疗、激光工业应用装备领域有所布局,逐步切入军工领域。

  在激光显示领域上海地区具有较明显的区域优势,在激光光源方面,中科院上海光机所是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所,现已发展成为以探索现代光学重大基础及应用基础前沿研究、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。该所在激光大屏幕显示、RGB激光器(全固态激光器、半导体激光器)、激光器件、激光材料等方面的研究国内领先,并已经成功推出150英寸激光电视、无缝拼接激光大屏幕、全固态高效率高亮度RGB激光器等。上海仪电集团公司在DLP光机系统、大屏幕投影显示系统等领域已经开展了多年的研究和产业化工作;上海三鑫科技公司在便携式激光投影机、DLP光机、激光投影显示系统方面,都开展了大量的工作。

  参考文献:

  [1] 许祖彦.激光显示——新一代显示技术[J].激光与红外,2006.9:737-741.

  [2] 李玉翔,姚建铨等.激光电视的研究进展及趋势分析[J].激光杂志,2007.1:1-2

  [3] 许祖彦.我国激光显示:研发势头好产业化状况忧[N].中国电子报,2008-03-05.

  特别感谢:在走访过程中由上海光机所所提供的部分专报资料


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