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國內外激光產業發展現狀

2019-05-28    

來源:第一情報

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導語:  激光科技廣泛應用于高端制造、信息通訊、生物和醫療健康等產業及軍事工業、國防安全等領域,是當今世界戰略高科技競爭的重要領域之一。近年來,世界主要發達國家紛紛將發展激光技術作為本國優先布局的領域,給予大力支持。

  激光科技廣泛應用于高端制造、信息通訊、生物和醫療健康等產業及軍事工業、國防安全等領域,是當今世界戰略高科技競爭的重要領域之一。近年來,世界主要發達國家紛紛將發展激光技術作為本國優先布局的領域,給予大力支持。

  1 發展激光產業的戰略意義

  激光產業潛在產值可觀

  據國際激光行業分析,激光產業的變化趨勢與國際GDP變化趨勢相同步。據美國科學和技術政策辦公室2010年分析和統計,美國年GDP總產值的50%(約7.5萬億美元)與激光在相關領域的市場應用及不斷廣泛拓展相關,其中最主要的是激光在信息、制造業和生命科學技術領域中的貢獻,具體見下表。

  表 1 激光技術在相應拓展領域的產值

主要激光光源設備

相應拓展領域

對應的GDP產值

半導體激光器、光纖激光器

信息、計算機、遠程商務、光纖通訊

4萬億美元

二氧化碳激光器、光纖激光器、飛秒超快激光器、準分子激光器

交通運輸、工業制造業

1萬億美元

全固態激光器、準分子激光器、飛秒超快激光器

生物技術、人類健康、醫學診斷治療

2.5萬億美元

  資料來源:美國科學和技術政策辦公室

  激光技術具備加工精度高、環保節能等高端制造技術特征

  激光在技術上具有無可比擬的先進性。激光加工的突出優點是加工精度高,不影響材料的物理特性,有助于提高加工質量;加工速度快,勞動生產率高;無污染、原材料消耗低。半導體激光器和光纖激光器等先進激光器,不僅具備早期激光器的優勢,還克服了早期激光器效率低、體積大等缺點,在光束質量、易于集成、維護成本、使用壽命等方面也具有明顯優勢,同時可以實現柔性操作和“遙控制”,大大拓展了應用領域。

  激光產業帶動性強、應用領域廣泛

  激光正從廣度和深度兩方面日益拓展應用領域,逐步滲透到國民經濟的各個部門。在大工業生產方面,高功率激光設備在航空、汽車、高端裝備制造等領域的切割、焊接、測量、打標等環節發揮了重要作用。如,現代汽車制造中,激光加工部件高達數百個;激光加工是飛機機頭(駕駛艙)部位加工、切割成型的最佳解決方案。在精細微加工方面,超短脈沖激光在光伏、液晶顯示、半導體、LED、OLED等領域的鉆孔、刻線、劃槽、表面紋理化、表面改性、修整、清洗等環節發揮了不可替代的作用。此外,激光與生物學、醫學治療/診斷、制藥科學相結合,激光抗癌和物理治療、激光手術、激光診斷、激光眼科治療、激光美容已普遍進入醫學各分診療科室,激光基因定序儀的發明使基因測序檢測的時間過程加快了幾百萬倍。總之,激光與戰略性新興產業7大領域密切相關,自身也是戰略性新興產業高端裝備制造業的重要內容。就上海而言,先進激光在飛機、船舶、汽車、新一代信息技術等戰略性新興產業領域發揮了至關重要的作用。

  表2 激光在戰略性新興產業七大領域的應用

  

戰略性新興產業七大領域

激光在該領域的應用

新一代信息技術

新型顯示、通信等

高端裝備制造

綠色制造、智能制造、高鐵、儀器設備等

新能源

高效太陽能、智能電網等

新材料

材料精細加工等

新能源汽車

汽車關鍵零部件加工、復雜曲面焊接等

節能環保

半導體照明等

生物產業

先進醫療設備等

  資料來源:中科院上海光機所

  激光技術已成為世界主要發達國家重要的布局點

  當前,很多重要發達國家和經濟實體制定了國家級激光產業發展計劃,對光子學和激光給予了全方位的積極支持。例如美國2012年發布了“光學和光子學:美國不可或缺的關鍵技術”報告,對未來一段時間內激光科技的發展做出了判斷和預測,并給出了具體發展的建議;歐洲在2013年發表的“光子學21”技術平臺——“奔向2020-驅動歐洲經濟增長的光子學2014-2020發展路線圖”中,提出了提升激光科學與技術的發展建議;德國制定了三個激光技術發展五年計劃,從而使得德國成為國際激光產業巨頭之一;此外英國的“阿維爾計劃”、日本的“激光五年計劃”、俄羅斯“重大創新平臺計劃”等,都從國家層面對激光科技做了戰略部署。

  激光技術在世界各重要發達國家安全和國防現代化中發揮著十分重要的作用。在海陸空天的戰略戰術武器、光電對抗、導航、信息感知等方面,正在影響和改變國家之間軍事力量對比的格局。世界大型軍工企業都在大力發展高能激光器技術,美國海軍的艦載戰術激光武器即將得到裝備。

  2 全球激光產業發展現狀

  與中央處理器是計算機產業的核心類似,激光器是激光產業的核心。近年來,由于先進激光的日漸成熟和應用的快速拓展,激光器尤其是工業用光纖激光器,市場規模迅速壯大。從全球市場來看,2011年全球激光器市場規模為75.7億美元,環比增長約7%;工業用激光器規模約25億美元,環比增長約12%。其中,光纖激光器市場規模約6億美元,主要用于工業領域,環比增長近50%,遠高于其它激光器的增速。據雷迪安斯公司預測,未來10年僅用于精細微加工的超短脈沖激光裝備及相關服務就擁有超過1000億美元的市場。

  表3 全球主要激光龍頭企業

  

公司名稱

主要業務

2011年銷售額

2011年增幅

TRUMPF (德國)

激光器市場

27.8億美元

51%

Rofin-Sinar Technologies (德國)

激光加工市場

5.98億美元

41%

IPG Photonics (美國)

光纖激光器

12.9億美元

/

Coherent(美國)

儀器與研發領域

8.03億美元

32%

  在激光顯示領域,德、日、美、韓等國均投入巨大的人力物力進行激光顯示技術的研究,主流的顯示企業像索尼、三菱、三星、日立、東芝等公司都在進行激光顯示方面的研究。2005年,日本Sony公司推出了大型激光影院;2006年,日本精工愛普生公司宣布與美國Novalux戰略合作,共同開發激光顯示技術,三菱電氣宣布推出激光電視樣機,并制定了產業化計劃。2007年,索尼推出了55英寸激光電視樣機,日本三菱09年初推出了激光電視產品LaserVue,先期在北美上市的65英寸版本售價為6999美元。2010年美國HDI公司展出了其100英寸激光投影電視樣機,可實現偏振式三維立體顯示,同時可以實現二維與三維顯示的無縫轉換。

  3 國內激光產業發展現狀

  從國內看,我國政府高度重視激光技術發展工作,激光技術是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》的重要內容,也是《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南(2013年度)》明確的重點發展方向之一。地方政府在各地激光產業發展前期也進行了有力的政策扶持,如湖北在加快武漢光谷發展方面了發揮了重要作用。目前,全國形成了武漢、長春、深圳等激光產業基地,發展出團結激光、大族激光、華工激光等龍頭企業。從技術水平看,目前高端產品和市場基本上被國外產品壟斷,高功率光纖激光器主要依賴進口,并受到很多限制。

  表4 國內主要激光龍頭企業

公司名稱

所在地區

主要業務

2011年銷售額

大族激光

深圳

CO2激光器及裝備

36億元人民幣

華工團結

武漢

CO2激光器及裝備

22億元人民幣

團結普瑞瑪

上海

CO2激光器及裝備

6.5億元人民幣

  在激光顯示領域,國內激光顯示技術的研究與世界同步,中科院光電研究院聯合國內幾家研究所已經推出了激光電視的樣機,中國科學院長春光機所利用三片式DLP投影方式構建了適合激光顯示的光學引擎,并成功地研制出了157cm激光背投影彩色電視樣機,北京中視中科光電技術有限公司是國內進行激光顯示研發的企業已成功開發出全球首臺符合國際DCI標準的激光數字電影放映機,在北京成立全球首家激光影廳,激光電視樣機也已經研制成功并演示,但是作為核心器件的紅綠藍激光器均為全固態激光器,體積大成本高,并且穩定性較差。中科院上海光機所大恒公司也于2012年推出了第一臺150英寸激光電視樣機,并成功推出無縫拼接環幕激光投影大屏幕,這些產品都已經在子公司得到產業化推廣,并已經著手建設國內第一條紅藍綠激光器封裝生產線,就激光顯示關鍵技術展開了深入的研究;中科院上海光機所大恒公司在全固態綠光激光器襯底材料和器件方面的研究國內領先,目前正在與國外開發團隊合作,通過引進人才的方式開展半導體綠光激光器的研發和產業化,未來半導體綠光激光器將成為激光顯示行業的最關鍵瓶頸技術之一。

  4 上海激光產業發展現狀

  上海在激光領域具有較好的技術積累及人才優勢,具備向產業化轉化的基礎和條件。在技術研發和積累方面:上海光機所依托全固態激光器與應用技術重點實驗室,在863計劃等課題的支持下,在先進激光器的核心部件研制方面取得了重要突破,積累了一批相關專利,在高功率光纖激光器自主研發處于國內領先地位。上海市激光技術研究所在激光精細加工、激光生物醫學設備等產品方面形成一定優勢。交大、復旦、華師大、華東理工等高校設有激光(光學)專業,使本地培養了一大批專業人才。在產業化方面:上海團結普瑞瑪是國內最大的激光切割機生產企業(以二氧化碳激光器為主),在相關市場擁有50%以上的占有率,擁有較高的品牌知名度。上海光機所憑借技術優勢,圍繞芯片、封裝、材料、激光器及裝備等環節,著力打造完整產業鏈。如,在芯片環節,計劃籌建半導體激光芯片公司;在材料元器件環節,成立了激光電源公司;在激光器環節,成立紐敦光電公司和飛博激光公司;在激光裝備及應用環節,成立中科天維公司;并在激光醫療、激光工業應用裝備領域有所布局,逐步切入軍工領域。

  在激光顯示領域上海地區具有較明顯的區域優勢,在激光光源方面,中科院上海光機所是我國建立最早、規模最大的激光專業研究所,現已發展成為以探索現代光學重大基礎及應用基礎前沿研究、發展大型激光工程技術并開拓激光與光電子高技術應用為重點的綜合性研究所。該所在激光大屏幕顯示、RGB激光器(全固態激光器、半導體激光器)、激光器件、激光材料等方面的研究國內領先,并已經成功推出150英寸激光電視、無縫拼接激光大屏幕、全固態高效率高亮度RGB激光器等。上海儀電集團公司在DLP光機系統、大屏幕投影顯示系統等領域已經開展了多年的研究和產業化工作;上海三鑫科技公司在便攜式激光投影機、DLP光機、激光投影顯示系統方面,都開展了大量的工作。

  參考文獻:

  [1] 許祖彥.激光顯示——新一代顯示技術[J].激光與紅外,2006.9:737-741.

  [2] 李玉翔,姚建銓等.激光電視的研究進展及趨勢分析[J].激光雜志,2007.1:1-2

  [3] 許祖彥.我國激光顯示:研發勢頭好產業化狀況憂[N].中國電子報,2008-03-05.

  特別感謝:在走訪過程中由上海光機所所提供的部分專報資料


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