2021年半导体激光器行业分析报告

2021年半导体激光器行业分析报告
2021年6月
目录
一、半导体激光器简介 (5)
二、行业主管部门、监管体制、主要法律法规政策及影响 (8)
1、行业主管部门及监管体制 (8)
（1）行业主管部门 (8)
（2）行业自律组织 (8)
①中国光学学会 (9)
②中国光学光电子行业协会 (9)
③全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会 (9)
2、行业主要法律法规政策及影响 (10)
3、产业政策的影响 (14)
三、行业发展概况及未来发展趋势 (15)
1、激光行业概览 (15)
（1）激光简介 (15)
（2）激光器原理 (16)
（3）激光器分类 (17)
①按增益介质分类 (18)
②按泵浦方式划分 (19)
③按运转方式分类 (20)
④按输出波长分类 (20)
（4）产业链情况 (21)
①与上游供应商的关系 (22)
②与产业链中游的关系 (22)
③与产业链下游的关系 (22)
2、半导体激光行业发展现状 (23)
3、高功率半导体激光芯片应用领域发展情况 (24)
（1）工业激光器领域 (25)
①全球激光器发展情况 (25)
②我国激光器发展情况 (26)
A、我国激光行业的市场规模 (26)
B、低功率激光器几乎完全实现国产替代 (28)
C、中功率激光器国产化率迅速提高 (28)
D、高功率尤其万瓦级激光器国产化率较低，核心元器件进口替代正当时.29
③激光加工设备发展情况 (30)
（2）科研与军事领域 (32)
（3）生物医疗领域 (32)
4、VCSEL传感应用领域发展情况 (33)
（1）激光雷达领域 (33)
①激光雷达简介 (33)
②激光雷达市场规模及未来趋势 (34)
A、无人驾驶市场 (35)
B、高级辅助驾驶系统市场 (36)
（2）3D传感消费电子市场领域 (38)
①3D传感简介 (38)
②消费电子3D传感市场规模及未来趋势 (40)
5、光通信芯片应用领域发展情况 (42)
（1）光通信行业简介 (42)
（2）光通信市场规模及未来发展趋势 (43)
6、我国激光行业未来发展趋势 (45)
（1）半导体激光芯片等核心部件逐步实现国产化 (46)
（2）激光应用领域渗透速度加快、范围变广 (47)
（3）更高功率、更好光束质量、更短波长及更快频率方向发展 (47)
（4）用于高功率激光器的光电子元器件需求进一步增长 (48)
四、行业主要企业情况 (49)
1、境外企业 (49)
（1）贰陆集团 (49)
（2）朗美通 (49)
（3）恩耐集团 (49)
（4）IPG光电 (50)
2、境内企业 (50)
（1）炬光科技 (50)
（2）武汉锐晶 (50)
（3）华光光电 (51)
（4）纵慧芯光 (51)
（5）凯普林 (51)
（6）星汉激光 (51)
（7）长光华芯 (51)
五、影响行业发展的因素 (52)
1、有利因素 (52)
（1）产业政策支持公司持续发展 (52)
（2）半导体激光芯片等核心器件的国产化趋势提升下游市场需求 (53)
（3）国内激光行业市场渗透率不断提升 (53)
（4）激光向新型应用领域快速发展 (54)
（5）日益成熟的配套产业提供有力支撑 (54)
2、不利因素 (55)
（1）高端人才缺乏，制约行业发展 (55)
（2）企业规模较小，研发投入能力有限 (55)
一、半导体激光器简介
半导体产业是现代信息产业的基础，广泛应用于计算机、网络通信、消费电子、智能化工业设备等领域，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业。

半导体是集成电路和分立器件的统称，具体分类如下所示：
半导体激光器俗称激光二极管，隶属于半导体之分立器件之光电子器件行业，是指使用半导体材料作为工作物质，采用半导体工艺实现激光输出。

半导体激光行业通常包括激光芯片、激光器件、激光模块及直接半导体激光器等领域，而直接半导体激光器则是半导体激光行业的终端产品，由半导体激光器模块、输出光学系统、电源系统、控制系统及机械结构等构成，在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出，直接应用于下游激光加工、通讯、传感等应用领域。

半导体激光芯片是采用半导体芯片制造工艺，以电激励源方式，以半导体材料为增益介质，将注入电流的电能激发，从而实现谐振放
大选模输出激光，实现电光转换。

其增益介质与衬底主要为掺杂III-V 族化合物的半导体材料，如GaAs（砷化镓），InP（磷化铟）等。

半导体激光芯片根据谐振腔制造工艺的不同分为边发射激光芯片（EEL：Edge Emitting Lasers）和面发射激光芯片（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）两种。

边发射激光芯片是在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，沿平行于衬底表面发射激光，而面发射激光芯片是在芯片的上下两面镀光学膜，形成谐振腔，由于光学谐振腔与衬底垂直，能够实现垂直于芯片表面发射激光。

面发射激光芯片有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤、制造成本低等优点，但输出功率及电光效率较边发射激光芯片低。

半导体激光器引领光子时代，具有电光转换效率高、体积小、可
靠性高、寿命长、波长范围广、可调制速率高等显著优点，为下游激光器提供不同光子能量，除可以直接使用外，亦被作为光纤激光器和固体激光器等其他激光器最理想的泵浦源，属于其核心器件及关键部件。

因此，根据不同的光子类型，其下游激光器类型众多，应用领域较为广泛，具体情况如下：
二、行业主管部门、监管体制、主要法律法规政策及影响
1、行业主管部门及监管体制
（1）行业主管部门
目前，行业宏观管理职能部门为发改委和国家工业和信息化部。

发改委主要负责相关产业政策的研究制定、行业的管理与规划等；拟定并组织实施国民经济和社会发展战略和中长期规划；统筹协调经济社会发展，对光电行业进行宏观的指导和管理。

工信部主要负责制定行业发展战略、发展规划及产业政策；拟定技术标准，指导行业技术创新和技术进步；组织实施与行业相关的国家科技重大专项研究，推进相关科研成果产业化。

（2）行业自律组织
行业内部自律性管理组织为中国光学学会、中国光学光电子行业
协会及全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会。

①中国光学学会
中国光学学会成立于1979年，成立了22个专业委员会和8个工作委员会，业务范围包括开展国内外学术交流及科技交流，活跃学术思想，促进学科发展，推动原始、技术创新与集成创新；反映光学科学技术工作者的建议、意见和诉求等。

其下设全国激光加工专业委员会，主要职责为开展激光加工的科技、学术和产业交流活动，组织学术讨论和调查研究；根据激光加工行业发展和需求，并向政府有关部门提出建议；定期举办学术会议以及行业展会等。

②中国光学光电子行业协会
中国光学光电子行业协会成立于1987年，拥有激光分会、光学元件和光学仪器分会、光电器件分会等六个分会，主要工作为开展本行业市场调查，向政府提出本行业发展规划的建议；进行市场预测，向政府和会员单位提供信息；举办国际、国内展览会、研讨会、学术讨论会，致力新产品新技术的推广应用；出版刊物报纸和行业名录；组织会员单位开拓国际国内市场，组织国际交流，开展国际合作，推动行业发展与进步。

其下设激光应用分会，主要职责为推动激光技术的创新、合作与交流。

③全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会
其主要职责是负责激光基础技术、激光器件和材料、激光设备（不
含文物保护激光设备）、光辐射安全及相关领域的标准化工作，并对口国际电工委员会光辐射安全和激光设备技术委员会（TEC/TC76）的标准化管理机构。

2、行业主要法律法规政策及影响
近年来，国家不断推出相关政策推动光电子器件行业的发展，光电子器件行业作为传统光学制造业与现代信息技术相结合的产物，也受到相关政策的支持与鼓励。

国务院、国家发改委、工信部等部门以及相关行业协会颁布的与光电子器件及下游行业发展相关的主要产业政策如下：
3、产业政策的影响
半导体激光行业的发展很大程度上取决于下游应用领域的需求，下游应用领域市场规模扩大以及对半导体激光技术水平要求的提升，不断促进、推动半导体激光行业的发展。

近年来，随着有关部门陆续出台相关产业政策，鼓励半导体激光行业及下游各应用行业的发展，极大拓展了半导体激光下游应用领域的发展空间，推动了以激光芯片为核心的激光光电器件需求的增长，提高了半导体激光行业的整体技术水平，为半导体激光企业的发展注入了市场动力。

同时，国家产业政策支持基础共性技术的研究，有力推动了半导
体激光行业的技术进步和突破，缩短了与国际先进水平的距离，越来越多产业链核心产品实现了国产化，使我国的半导体激光产业从关键芯片、器件等到下游各终端产品实现了整体的技术提升，行业的国际竞争力不断增强。

三、行业发展概况及未来发展趋势
1、激光行业概览
（1）激光简介
激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写LASER）是指窄幅频率的光辐射线通过受激反馈共振与辐射放大，产生的准直、单色、相干的定向光束。

激光技术起源于20世纪60年代初期，由于激光具有完全不同于普通光的性质，很快被广泛应用于各个领域，并深刻地影响了科学、技术、经济和社会的发展及变革，是20世纪与原子能、半导体、计算机齐名的四项重大发明之一。

激光的诞生极大地改变了古老光学的面貌，使经典光学物理拓展为包含经典光学和现代光子学的全新高科技学科领域，为人类经济和社会的发展做出了不可替代的贡献。

激光物理研究推动了现代光子物理学科的两大分支：能量光子学和信息光子学的蓬勃发展。

它涵盖了非线性光学、量子光学、量子计算、激光传感和通讯、激光等离子体物理、激光化学、激光生物学、激光医学、超精密激光光谱学和计量学，包括激光冷却和玻色·爱因斯坦凝聚态研究的激光原子物理，激
光功能材料，激光制造，激光微光电子芯片制造，激光3D打印等20多个国际前沿学科和技术应用分支领域。

在激光制造业方面，当前世界已经进入了“光制造”的时代，据国际激光业界统计，美国年GDP总产值的50%与高水平激光应用的迅速市场化拓展相关。

以美、德、日为代表的几个发达国家，在汽车、航空等主要的大型制造产业中已经基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代。

激光在工业制造中所显示出的低成本、高质量、高效率以及常规制造所不能实现的特殊制造应用的巨大潜力，已经成为世界上主要工业国家间互相竞争的动力和创新的重要驱动器。

各国纷纷把激光技术作为本国最重要的尖端技术之一给予全方位的积极支持，并制定了国家级激光产业发展计划。

（2）激光器原理
激光器是利用受激辐射方法产生可见光或不可见光的一种器件，构造复杂，技术壁垒较高，是大量光学材料和元器件组成的综合系统，居于整个激光产业链的核心中枢位置，主要由光学系统、电源系统、控制系统和机械机构四个部分组成，其中光学系统主要由泵浦源（激励源）、增益介质（工作物质）和谐振腔等光学器件材料组成。

增益介质是光子产生的源泉，通过吸收泵浦源产生的能量，使得增益介质从基态跃迁到激发态。

由于激发态为不稳定状态，此时，增益介质将释放能量回归到基态的稳态。

在这个释能的过程中，增益介质产生出光子，且这些光子在能量、波长、方向上具有高度一致性，它们在光
学谐振腔内不断反射，往复运动，从而不断放大，最终通过反射镜射出激光，形成激光束。

作为终端设备的核心光学系统，激光器的性能往往直接决定激光设备输出光束的质量和功率，是下游激光设备最核心的部件。

泵浦源（激励源）为增益介质提供能量激励。

增益介质受激后产生光子从而生成并放大激光。

谐振腔是光子特性（频率、相位和运行方向）的调节场所，通过控制腔内光子振荡来获得高质量的输出光源。

国内厂商已掌握大部分器件制造技术，有些核心器件如高功率半导体激光芯片等仍依赖进口，而国外激光器龙头企业依靠全产业链整合实现产品低成本、高性能及高稳定性。

核心元器件若进一步实现国产化，可进一步提升国内激光器厂商在国际上的竞争能力。

（3）激光器分类
激光器可以按照增益介质、输出波长、运转方式、泵浦方式进行分类，具体情况如下：
①按增益介质分类
根据增益介质的不同，激光器可以分为固态（含固体、半导体、光纤、混合）、液体激光器、气体激光器等。

由于稳定性好、功率较高、维护成本低，固态激光器的应用占绝对优势。

固态激光器中，半导体激光器具有效率高、体积小、寿命长、低能耗等优点，一方面可以直接应用于激光加工、医疗、通讯、传感、显示、监控及国防应用的核心光源和支撑，已经成为现代激光技术发展的重要基础，具有战略性的发展意义。

另一方面，半导体激光器还可以作为固体激光器和光纤激光器等其他激光器的核心泵浦光源，极大地推动整个激光领域的技术进步。

世界各主要发达国家均将其列入国家级发展计划，给予大力支持，并得到快速发展。

②按泵浦方式划分
激光器按泵浦方式可分为电泵浦、光泵浦、化学泵浦激光器等。

电泵浦激光器指以电流方式激励的激光器，气体激光器多以气体放电方式进行激励，而半导体激光器多采用电流注入方式进行激励。

光泵浦激光器指以光泵方式激励的激光器，几乎所有固体激光器、液体激光器均属于光泵浦激光器，而半导体激光器被作为光泵浦激光器的核心泵浦光源。

化学泵浦激光器指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激
励的激光器。

③按运转方式分类
激光器按运转方式主要可以分为连续激光器和脉冲激光器。

连续激光器中各能级的粒子数及腔内辐射场均具有稳定分布，其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行。

连续激光器可以在较长一段时间内连续输出激光，但热效应较明显。

脉冲激光器指激光功率维持在一定值时所持续的时间，以不连续方式输出激光，主要特点是热效应小，可控性好。

④按输出波长分类
激光器按照波长可分为红外光激光器、可见光激光器、紫外激光器、深紫外激光器等。

不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，因此需要各种不同波长的激光器用于不同材料的精细加工或者不同应用场景。

红外激光器与紫外激光器是运用最广泛的两种激光器，红外激光器主要应用于“热加工”，将材料表面的物质加热并使其汽化（蒸发），以除去材料；在薄膜非金属材料加工，半导体晶圆切割，有机玻璃切割、钻孔、打标等领域，高能量的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，使分子脱离物体，这种方式不会产生高热量反应，因此通常被称为“冷加工”，紫外激光器在微加工领域具有不可替代的优势。

由于紫外光子能量大，难以通过外激励源激励产生一定高功率的
连续紫外激光，故紫外激光一般是应用晶体材料非线性效应变频方法产生，因此目前广泛应用工业领域的紫外激光器主要是固体紫外激光器。

（4）产业链情况
产业链上游是利用半导体原材料、高端装备以及相关的生产辅料制造激光芯片、光电器件等，是激光产业的基石，准入门槛较高。

产业链中游是利用上游激光芯片及光电器件、模组、光学元件等作为泵浦源进行各类激光器的制造与销售，包括直接半导体激光器、二氧化碳激光器、固体激光器、光纤激光器等；下游行业主要指各类激光器的应用领域，包括工业加工装备、激光雷达、光通信、医疗美容等应用行业。

①与上游供应商的关系
半导体激光芯片、器件及模块等上游产品的原材料主要为各类芯片原材料、光纤材料及机加工件等，包括衬底、热沉、化学品、壳体组等。

芯片加工对上游原材料的质量及性能要求较高，主要以国外供应商为主，但国产化程度逐步提高，逐步实现自主可控。

上游主要原材料的性能对半导体激光芯片的质量有着直接影响，随着各类芯片材料性能的持续改进，对提高本行业产品性能起着积极的推动作用。

②与产业链中游的关系
一方面，半导体激光芯片是产业链中游各类激光器的核心泵浦光源，对中游激光器的发展起着积极的推动作用。

另一方面，半导体激光器应用于激光加工、医疗、通讯、传感、显示、监控及国家战略高技术等领域，在中游激光器领域，美国、德国等海外企业占据优势，但经过近年来国内激光行业的快速发展，产业链中游市场实现了快速的国产替代。

③与产业链下游的关系
下游行业对本行业的发展有较大的推动作用，因此下游行业的发展状况将直接影响到本行业的市场空间。

我国经济的持续增长以及经济转型战略机会的出现为本行业的发展创造了较好的发展条件。

中国正在从世界制造业大国向制造业强国迈进，下游激光器及激光设备为进行制造业升级的关键之一，为本行业的长期向好提供了良好的需求
环境。

下游行业对半导体激光芯片及其器件的性能指标要求不断提高，国内企业也正从中低功率激光器市场逐步进入高功率激光器市场，本行业必须不断加大在技术研发领域和自主创新领域的投入。

2、半导体激光行业发展现状
半导体激光器在各类激光器中拥有最佳的能量转化效率，一方面可以作为光纤激光器、固体激光器等多种光泵浦激光器的核心泵浦源使用，另一方面，随着半导体激光技术在功率、效率、亮度、寿命、多波长、调制速率等方面的不断突破，半导体激光器被广泛直接应用于材料加工、医疗、光通信、传感、国防等领域。

根据Laser Focus World 预计，2021年全球二极管激光器即半导体激光器与非二极管激光器的收入总额为184.80亿美元，其中半导体激光器占总收入的43%。

根据Laser Focus World 预计，2020年全球半导体激光器市场规
模为67.24亿美元，较上年增长14.20%。

随着全球智能化发展，智能设备、消费电子、新能源等领域对激光器的需求不断增长以及医疗、美容仪器设备等新兴应用领域的持续拓展，半导体激光器可作为光泵浦激光器的泵浦源，其市场规模将继续保持稳定增长。

2021年全球半导体激光器的市场规模预测为79.46亿美金，市场增长率为18.18%。

经过技术专家和企业及广大从业人员的共同努力，中国半导体激光产业已取得了超乎寻常的发展，使我国半导体激光产业经历从无到有的过程，并且初现中国半导体激光产业的雏形。

近年来，国内更是加大了激光产业发展，各个地区在政府的领导和激光企业配合下潜心科研、提升技术、开拓市场，并建设激光产业园。

3、高功率半导体激光芯片应用领域发展情况
高功率半导体激光芯片是产业链中游各类光泵浦激光器的核心泵浦光源，包括光纤激光器、固体激光器、液体激光器等，属于工业
激光器生产制造的核心元器件，广泛应用于激光加工、激光切割、科研与军事、生物医疗等领域。

（1）工业激光器领域
①全球激光器发展情况
当前，激光工业在全球发展迅猛，现在已广泛应用于激光智能制造装备、生物医学美容、激光显示、激光雷达、高速光通信、人工智能、机器视觉与传感、3D识别、激光印刷、科研等领域。

根据Laser Focus World 最新数据，2019年，全球激光器销售收入达147.3亿美元，较上年增长7.05%。

预计2020年，该市场规模将达到162亿美元，增速接近10%。

随着全球智能化发展，智能设备、消费电子、新能源等领域对激光器的需求不断增长，以及医疗、美容仪器设备等新兴应用领域的持续拓展，全球激光器的市场规模将继续保持稳定增长。

激光器的用途十分广泛，目前可应用于材料加工、通讯、传感、
研发、军事、医疗等领域。

根据《2020年中国激光产业发展报告》，2019年材料加工和光刻领域成为全球激光器销售额占比最大的部分，约为60.30亿美元，占比40.94%；通讯与光存储市场销售额39.80亿美元，位居第二，占比27.02%；科研和军事市场约为17.70亿美元，居于第三，占比12.02%；随后是医疗和美容领域，市场份额上升速度明显，约为13.30亿美元，占比9.03%；仪器与传感器市场为11.80亿美元，占比8.01%；而娱乐、显示与打印市场排在最后，为4.40亿美元，占比2.99%。

②我国激光器发展情况
A、我国激光行业的市场规模
激光行业属于高端技术制造业，长期以来受到国家产业政策的重点鼓励和大力支持。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要
（2006-2020年）》、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家科技创新规划》、《2017年度增材制造重点专项项目申报指南》等国家政策、发展规划和项目指南均强调重点支持激光产业的发展，为产业持续快速发展提供了广阔的产业政策空间和良好机遇。

随着激光技术的逐步成熟和产业化，一方面，国产激光设备的质量、技术与服务在竞争中慢慢提高，国产激光产品的崛起正在逐步取代进口的激光产品；另一方面，激光技术的应用比许多传统制造技术更具成本效益，使激光应用得以迅速普及。

从我国激光器市场来看，国产光纤激光器逐步实现由依赖进口向自主研发、替代进口到出口的转变。

随着国内光纤激光器企业综合实力的增强，国产光纤激光器功率和性能逐步提高，我国光纤激光器市场从2015年的40.7亿元增长到2019年的82.6亿元，预计2020年会小幅增长到85.6亿元。

B、低功率激光器几乎完全实现国产替代
在出货数量方面，我国小功率光纤激光器近几年出货迅猛。

国产100W及以下光纤激光器的出货量从2013年的1.3万台增长至2019年12万台，2020年将达到13万台，基本已完全实现国产替代。

C、中功率激光器国产化率迅速提高
2019年中功率光纤激光器出货量增幅有所放缓。

2019年国产中功率光纤激光器出货量达到1.6万台以上，2020年国外厂商份额将被再次压缩，预计出货量很难再有大幅度提升，预计2020年中功率光纤激光器国产化率达到60%以上。