新基建為激光行業(yè)帶來(lái)機(jī)遇 光纖激光器應(yīng)擺脫同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)

近期，“新基建”一詞成了各大搜索引擎的熱門關(guān)鍵詞。目前官媒定義的“新基建”主要包括七大領(lǐng)域：5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。盡管我們所關(guān)注的激光產(chǎn)業(yè)并不在“新基建”名單之列，但實(shí)際上激光技術(shù)與“新基建”密切相關(guān)。

圖片來(lái)自視頻截圖

例如，5G基站中，機(jī)柜是必不可少的設(shè)備。隨著5G基站設(shè)備走向輕薄化、微型化，傳統(tǒng)的切割方式因精度低、存在應(yīng)力等缺陷而難以適應(yīng)5G基站的需求，而光纖激光切割具有速度快、精度高、無(wú)接觸加工等諸多優(yōu)勢(shì)，將在未來(lái)5G基站的大規(guī)模建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。特高壓輸電鐵塔由于負(fù)載大，對(duì)底座及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求極高，因此對(duì)加工精度、準(zhǔn)確度、質(zhì)量等方面都有著極高要求。隨著大功率激光切割工藝走向成熟，激光切割精度高、質(zhì)量好、效率高的優(yōu)勢(shì)將在特高壓輸電鐵塔的建設(shè)上得以體現(xiàn)。此外，如城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等的建設(shè)，同樣與激光技術(shù)緊密關(guān)聯(lián)，在此不再一一列舉。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng) 同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重

近年來(lái)，中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其中尤以光纖激光器的發(fā)展為最。盡管受宏觀經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易戰(zhàn)、價(jià)格戰(zhàn)等因素影響，2019年光纖激光器增速有所放緩，但與制造業(yè)中其他領(lǐng)域相比依然顯得頗為亮眼。不可否認(rèn)，席卷全國(guó)的新冠肺炎疫情會(huì)對(duì)激光行業(yè)造成一定影響，各企業(yè)都調(diào)低了收入預(yù)期，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看新基建的推進(jìn)有望為激光產(chǎn)業(yè)帶來(lái)不容忽視的增長(zhǎng)潛力。

盡管我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好，但同樣存在一些問(wèn)題，硬件方面如核心光學(xué)器件存在短板、高端技術(shù)受制于歐美等，產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面則存在同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序等現(xiàn)象。令人欣慰的是，國(guó)內(nèi)激光企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，硬件方面的差距正逐漸縮小，泵浦源、有源光纖、合束器、光柵、激光芯片等逐步實(shí)現(xiàn)突破，并開始實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)器件的大批量應(yīng)用。同時(shí)，部分企業(yè)也開始通過(guò)差異化布局尋求突破，試圖構(gòu)建新的優(yōu)勢(shì)。

眾所周知，光纖激光器的模塊化結(jié)構(gòu)使得功率提高變得更加容易，而隨著萬(wàn)瓦級(jí)光纖激光切割機(jī)在市場(chǎng)得到認(rèn)可后，各品牌的萬(wàn)瓦激光器如雨后春筍般涌現(xiàn)。當(dāng)萬(wàn)瓦激光器市場(chǎng)也呈現(xiàn)同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)局面時(shí)，企業(yè)的差異化之路該怎么走？是繼續(xù)疊加更高的功率，還是尋求其他技術(shù)方向的突破？

差異化破局：高亮度激光器值得關(guān)注

原國(guó)防科技大學(xué)資深研究員、湖南省輻照動(dòng)力學(xué)學(xué)科方向?qū)W術(shù)帶頭人、湖南大科激光副總經(jīng)理江厚滿博士認(rèn)為，提高激光器的單纖功率密度是一個(gè)非常重要的技術(shù)方向，高亮度激光器也是大科激光的主打產(chǎn)品。

所謂高亮度激光器，實(shí)際上就是模式純凈度較高的激光器。江博士向OFweek激光網(wǎng)介紹說(shuō)：“光的一個(gè)模式相當(dāng)于該系統(tǒng)亥姆霍茲方程的一個(gè)特解，輸出的激光實(shí)際上是若干個(gè)這種解的疊加。我們所說(shuō)的單模，是指模式凈化做得好、主要成分是基模的光，當(dāng)然也不可避免會(huì)有一些高階模的存在。M2＜1.3時(shí)我們稱之為純單模，這時(shí)候的高階模是可以忽略的；而M2在1.3－2之間的稱為準(zhǔn)單模，這時(shí)候會(huì)有一部分高階模存在?！?/p>

除了模式純凈度高外，大科的單模激光器還能確保在遠(yuǎn)距離傳輸中光束質(zhì)量不退化。江博士解釋說(shuō)：“以2000W單模激光器為例，基本上大家都能把M2控制在1.2以內(nèi)，但有的品牌可能在5米以內(nèi)亮度還行，如果傳輸距離大于5米，光束質(zhì)量就開始退化，這樣無(wú)法在大型機(jī)床上使用。而我們的高亮度激光器可以做到用15米QBH輸出時(shí)，M2還保持在1.2。保證遠(yuǎn)距離高亮度的關(guān)鍵就在于控制非線性光學(xué)效應(yīng)以及激光模式選擇等?！?/p>

此外，對(duì)光纖激光器而言，功率密度越高，模式凈化也就越難。江博士表示：“目前市面上常見的多模光纖激光器M2＞10，而我們的多模6000W可以做到M2＜4，接近準(zhǔn)單模的水準(zhǔn)。此外，我們的5000W準(zhǔn)單模激光器M2＜2，能實(shí)現(xiàn)更好的聚焦，因此我們的激光器稱為高亮度激光器?！?/p>

除了在高亮度上有獨(dú)到之處外，抗高反也是大科激光器的特色之一。江博士透露說(shuō)：“實(shí)際上抗高反是一套系統(tǒng)性技術(shù)，總體來(lái)講有幾個(gè)環(huán)節(jié)必須要重視。第一點(diǎn)是如何控制高功率密度下的非線性光學(xué)效應(yīng)；第二點(diǎn)是要對(duì)泵浦方式進(jìn)行優(yōu)化；第三點(diǎn)在于如何把回返光進(jìn)行合理的剝離、消除。這幾個(gè)環(huán)節(jié)要結(jié)合起來(lái)，不僅要有理論上的方案，還要在工藝上實(shí)現(xiàn)。目前大科激光器對(duì)常用工業(yè)材料中反射率最高的紫銅進(jìn)行了連續(xù)一小時(shí)的切割、焊接測(cè)試，激光器工作非常穩(wěn)定。”

高亮度激光器的應(yīng)用：切割、焊接優(yōu)勢(shì)明顯

對(duì)切割應(yīng)用而言，由于高亮度激光器光束質(zhì)量好，同等輸出光纖芯徑的發(fā)散角比多模激光器要小，瑞利長(zhǎng)度更長(zhǎng)，因此在較大的離焦量范圍內(nèi)不產(chǎn)生毛邊，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定加工有積極的影響。同時(shí)，單模激光器切割2mm以下板材的速度能比多模激光器提高50％以上，在切割銅、鋁等高反材料時(shí)，切割速度更快，切割質(zhì)量也更好，主要表現(xiàn)為鋁板毛刺更少，銅斷面更細(xì)膩。

而對(duì)焊接應(yīng)用而言，高亮度激光器優(yōu)勢(shì)同樣明顯。由于單模激光的焦點(diǎn)光斑尺寸小，能量集中，因此與多模激光相比，單模激光得到的小孔更小、更深，孔內(nèi)壓力更大更穩(wěn)定，在結(jié)合光束擺動(dòng)技術(shù)之后也能實(shí)現(xiàn)紫銅、鋁等高反材料的穩(wěn)定焊接。據(jù)了解，大科2000W激光器焊接紫銅深度可達(dá)2.3mm，焊縫質(zhì)量好；焊接鋁合金時(shí)可很大程度避免焊縫缺陷，確保焊縫質(zhì)量；而高亮度激光器焊接普通材料的優(yōu)點(diǎn)則可概括為：熔深更大、深寬比更大、熱影響區(qū)更小、焊縫上下寬度差小（更接近矩形焊縫形貌）。

圖片來(lái)源：大科激光

總結(jié)：擺脫同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)在必行

隨著新基建的推動(dòng)，國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)將獲得更大的發(fā)展空間，但若繼續(xù)維持同質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)局面，再大的市場(chǎng)增量也將被蜂擁而上的商家和永無(wú)休止的價(jià)格戰(zhàn)所吞沒(méi)?？康蛢r(jià)搶市場(chǎng)，沒(méi)有利潤(rùn)支撐研發(fā)，只得在同質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)上尋求降成本，繼續(xù)降低價(jià)格。長(zhǎng)此以往，整個(gè)市場(chǎng)將失去活力。

幸運(yùn)的是，激光產(chǎn)業(yè)雖然存在一些動(dòng)蕩，但整體是健康的。OFweek激光網(wǎng)認(rèn)為，2019年光纖激光器市場(chǎng)毛利率持續(xù)下行，是市場(chǎng)增長(zhǎng)過(guò)快后的消化過(guò)程，這一現(xiàn)象會(huì)隨著各企業(yè)擺脫同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)、構(gòu)建差異化壁壘而逐步扭轉(zhuǎn)。

所謂構(gòu)建差異化壁壘，包括銳科激光立足高功率進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，開發(fā)高門檻的特殊應(yīng)用市場(chǎng)；創(chuàng)鑫激光在不斷突破更高功率的同時(shí)，憑借強(qiáng)大的器件研發(fā)實(shí)力基本實(shí)現(xiàn)了核心光學(xué)器件的自給自足；杰普特除了MOPA脈沖光纖激光器獨(dú)步江湖外，更是在激光器基礎(chǔ)上開發(fā)激光、光學(xué)智能裝備，在高端應(yīng)用市場(chǎng)占據(jù)重要地位；此外還包括飛博激光的環(huán)形光斑技術(shù)、光恵激光的高功率單腔連續(xù)光纖激光器的技術(shù)、大科激光的模式凈化技術(shù)和抗高反技術(shù)等等。

可以看出，目前不少激光企業(yè)已然為擺脫同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)邁出了實(shí)際步伐。我們有理由相信，憑著中國(guó)人民的智慧與勤奮，憑著中國(guó)完整的工業(yè)體系與巨量需求，激光產(chǎn)業(yè)能夠走出價(jià)格戰(zhàn)與疫情陰影，通過(guò)良性洗牌迎來(lái)更好的明天。

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