发表时间：2024-02-26 16:25:26 │ 点击数：
激光是继原子能，计算机和半导体之后的20世纪以来人类的另一项重大发明。它被称为“最快的刀”，“最精确的尺子”，“最亮的光”和“奇怪的激光”。它的亮度甚至是日光的100亿倍。激光是在迫切需要理论准备和生产实践的背景下诞生的。一经推出，便取得了飞速发展。激光的发展不仅振兴了古代的光学科学和光学技术，还导致了整个新兴产业的兴起。自激光问世以来，激光手术、激光唱片、激光舞台等等新生事物也层出不穷，而科学家的努力也让激光有了越来越多的“用武之地”。
与激光息息相关的一种仪器就是激光器了，激光器是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等组成。激光器光学系统中的增益介质通过吸收泵浦源产生的能量，使得增益介质先从基态跃迁到激发态，再释放能量回归到基态的稳态。在释能的过程中，增益介质产生出能量、波长、方向高度一致的光子，通过光学谐振腔的反射放大最终形成激光束。
激光器是激光加工设备的心脏，激光器的性能直接影响激光加工设备的品质和使用效果，尤其在超精密加工应用领域，对于激光器的质量和稳定性要求更为苛刻。
那么，激光有怎样的发展史？世界上第一台激光器是谁制造的呢？2021年，中国激光赛道发生了哪些产业大事件？未来，行业发展趋势如何？
激光是 20 世纪人类的重大发明之一（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，简称 LASER），是通过人工方式，用光或放电等强能量激发特定的物质而产生 的光，原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落低能级时，所 释放的能量以光子的形式放出，是一种纯色、准直、高亮、同向、能量密度高的光子队 列。激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。
激光的理论基础起源于物理学家爱因斯坦，1917 年爱因斯坦提出了一套全新的技术 理论“光与物质相互作用”。
1958 年美国科学家肖洛和汤斯提出了激光原理，即物质 在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，会产生不发散的强光—激光。他们为 此发表了重要论文，并获得 1964 年的诺贝尔物理学奖。
1960 年美国科学家梅曼宣布获 得了波长为 0.6943 微米的激光，是人类有史以来获得的第一束激光。同年，梅曼制造出 世界上第一台激光器，将激光带入实用领域。
1961 年激光首次在医疗领域实践应用，在 外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。
二十世纪七十至九十年代，随着激光技术的发展和应用领域的探索，激光应用领域 不断扩展。七十年代，激光技术从最初的医疗领域应用拓展至军用领域研究及应用，大 部分仍以实验装置和研发样机为主。
八十年代激光技术在军用领域应用中，激光制导炸 弹和火炮激光测距机等实现重大突破。同时激光应用领域逐渐在各行业渗透，在制造业 得到广泛应用，在激光加工实用化上取得进展及突破。
二十一世纪，激光技术应用进入 辉煌阶段，激光行业形成了一定规模的产业链，下游应用领域不断扩展，带动各行业发 展，提高各行业生产动力。
激光下游应用领域在广度和深度方面均日益拓展，逐步渗透到国民经济的多个领域。 激光与生物学、医学治疗及诊断、制药科学相结合，在激光治疗、激光手术、激光诊断 等方面已逐步渗透到日常生活中。激光美容作为医美的重要手段之一，逐渐被大众接受 甚至依赖，并成为各大医院皮肤科治疗方式之一。
在装备制造领域，高功率激光设备在 航空、航天、汽车、高铁、船舶等高端装备制造领域的切割、焊接、测量、打标等环节 发挥着越来越重要的作用。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。
辛丑2021年，无疑是一个变化巨大的年份。2021年全球疫情断断续续，或多或少影响着行业的发展。国际关系依旧风起云涌，资本市场也表现出千帆竞发之势，国内“十四五”规划指明了方向。纵观国内激光产业的发展，企业并购、新技术突破、新产品量产、公司上市、产业创新、新的行业技术标准制定......2021年的中国激光产业可谓是多姿多彩。那具体发生了哪些大事件呢？
2021年，激光行业的第一个“大瓜”便是相干并购案。2021年1月传出激光器巨头Coherent相干公司被收购的消息，就如一枚深水炸 弹被丢进了激光行业，激起了千层浪。不禁让人感叹一句，“一山更比一山高，大佬背后还有大佬”。
回顾整个相干收购过程，可以用“一波三折”来形容，其中参与该案件的收购方包括最先提出议案的Lumentum、后续加入的MKS和II-VI。新的竞争者加入、提案修改、议价提价等多轮角逐，一再反转的结局，让“吃瓜群众”看得津津有味。而最终，II-VI以70亿美元收购了相干，Lumentum获赔2.176亿美元违约金。两家公司预计在2022年1-3月内完成并购。
点评：早在2016年，相干公司以9.42亿美元收购了具有40年历史的激光器巨头——罗芬激光。现如今，相干被Ⅱ-Ⅵ以70亿美元收购，不仅让人们重新认识到了行业的变化之快，行业资源整合的必要性，也给国内的光学行业提了一个醒：市场只认可技术优秀、业绩持续上升的公司。强者恒强，强者之后还有强者，要想持续做大做强，技术和业绩二者均不可忽视。不过，美国激光市场规模已经成熟，基本上被几大巨头占据，而中国市场则还有无限可能，创新性企业、上市企业层出不穷，如何为自己的企业创下更多的发展空间，关键是如何利用现有的条件实现自我进化。
由湖南二零八先进科技有限公司（下简称“二零八公司”）技术团队研发，边长达2.5 m的大型激光陀螺仪原型机在湖南建造成功并实现闭环运转，这是国际上目前投入实用的最先进技术方案首次在国内实现自主试制。
点评：目前国际上研究的激光陀螺仪主要分为两大类，一类是小型的激光陀螺仪，在导航领域应用较为广泛；一类是大型的激光陀螺仪，具备大科学装置特征。目前，小型激光陀螺仪的研究与生产相对成熟，我国在2010年左右就已成为全世界第四个可自主量产小型激光陀螺仪的国家。
大型激光陀螺仪由于体积庞大、灵明度高、研制难度大、耗费时间久，需要高额经费支撑，目前仅有新西兰、德国、美国以及中国的部分科研机构进行研究，属于高精尖的基础科学装置。我国在大型激光陀螺仪技术方案上一直未能获得突破，相关领域面临“卡脖子”困境。而该设备的成功建造，填补了我国在大型激光陀螺建造领域的空白，为进一步推进该领域的研究奠定了良好的基础。
2021年12月，锐科激光与南华大学联合研制的国内首台100 kW超高功率工业光纤激光器及配套设备正式启用。这台100 kW超高功率激光器主要进行了新一代R-QS输出光缆、超高功率合束器以及智能化控制系统三大核心器件的升级，解决了输出端帽与高功率激光输出头高度匹配等多项技术瓶颈，打破了国外技术垄断的局面，大大提升了我国大型装备制造水平。
点评：锐科激光100 kW激光器，是目前国内实际有应用的最大功率的工业光纤激光器。IPG首次推出100 kW多模光纤激光器是在2013年，在2017年还研制出120 kW的高功率激光器，至今仍是输出功率最高的工业光纤激光器。可以看出，我国在民用光纤激光器方面，仍然落后于美国。但随着锐科激光100 kW光纤激光器的正式启用，我国在超高功率领域实现了各项关键技术突破，有利于快速迭代升级，中国光纤激光器国产化进程有望加速。
2021年3月，凯普林基于完全的自主知识产权，制作了160 W 105 %u3BCm高占比光纤耦合输出模块，并利用7*1合束器实现330微米NA0.22光纤输出1000 W，成功研发出了国内首款330 %u3BCm千瓦级高亮度工业蓝光激光器，有效填补了国内市场空白，可满足3C电子行业及锂电池焊接行业对高反材料金属的加工需求。
点评：红绿激光器应用广泛且早已实现产业化。相较而言，蓝光激光器受材料、成本、技术等因素影响，起步较晚，发展相对缓慢。2015年，德国半导体激光器厂商DILAS公司首次推出一款波长为450 nm的蓝光可见光半导体激光系统，最大输出功率25 W。直至近年，随着蓝光TO封装单管市场化，价格降低，功率提高，各种工业制造和光纤耦合技术不断丰富，人们意识到发展高功率蓝光激光器的可行性。
目前在德国、美国等国家的激光光源市场已有千瓦级蓝光半导体激光器产品。但国内在这一领域还存在空白，凯普林利用自身优势成功研发了国内首款330 %u3BCm千瓦级高亮度工业蓝光激光器，为行业创新提供了新的驱动力，也进一步扩大了激光加工应用范围。这也表明中国在激光光源领域的创新能力和国产替代能力越来越强。
国家信息光电子创新中心（NOEIC）、鹏城实验室、中国信息通信科技集团光纤通信技术和网络国家重点实验室、武汉光迅科技股份有限公司，在国内率先完成了1.6 Tb/s硅基光收发芯片的联合研制和功能验证，实现了我国硅光芯片技术向Tb/s级的首次跨越。
点评：该工作刷新了国内此前单片光互连速率和互连密度的最好水平，展现出硅光技术的超高速、超高密度、高可扩展性等突出优势，为下一代数据中心内的宽带互连提供了可靠的光芯片解决方案。当前，国际上400G光模块已进入商用部署阶段，800G光模块样机研制和技术标准正在推进中，而1.6 Tb/s光模块或将成为下一步全球竞相追逐的热点。目前顶尖的硅光工艺平台已形成商用条件。作为硅光芯片流片的必要环节，硅光工艺平台的成熟有望加速硅光技术的国产替代进程。
安扬激光基于数十年对特种光纤的理解和持续投入，最近研发了新一代超大模场保偏棒状光纤晶体光纤（LCFrod，Large Core Fiber rod），并可量产。该光纤支持数百%u3BCJ单脉冲能量的放大和mJ量级脉冲串的放大，平均功率可达百瓦。
点评：我国超短脉冲激光器已初步形成产业链。上游产品方面例如激光晶体和非线性晶体，一直是我国的强项；下游（主要指应用）领域不断扩大，除了科研，在工业微加工领域已经开始规模化应用，成为近几年激光市场的增长点。但是在中游，即激光器核心材料上，有待突破。安扬激光超大模场保偏棒状光纤晶体光纤这一核心材料的研制成功和量产，标志着我国在超短脉冲激光器核心材料国产化方向上，迈出了坚实的一步。
由清华大学精密仪器系系张书练教授课题组进行原理研究并由北京镭测科技有限公司开发生产的双折射双频激光干涉仪实现批量生产。
点评：双频（两频率）激光干涉仪是科学研究、光刻机、数控机床、航空航天、舰船等行业都离不开的光学尺子，用于测量零部件的尺寸、角度、位置、直线性，也是检定各类数控机床、激光加工机床以及光刻机台的精度，进行误差补偿的基本仪器。
此次清华大学精密仪器系发明的双折射原理的双频激光器，分辨率达到1 nm(十亿分之一米)，线 m，非线 m。解决了测量精度问题，使得国产光刻机少了一个关键难题，或许还能利用激光干涉图案对比分析来解决芯片表面缺陷检测的问题。
4月20日，国家标准《绿色制造 激光表面清洗技术规范》(简称《激光清洗规范》)项目启动会在武汉召开，6家单位共同参与编撰，预计2022年底完成标准制定。
点评：国家标准的立项编制是技术成熟和高端装备应用需求的强烈融合。近年来，国内激光清洗在航空航天、汽车制造、轨道交通等行业得到了广泛应用。本标准将面向生产、应用、监管等多个层次定位激光表面清洗的一般要求、工艺控制、质量检测、安全防护等相关内容，适用于不同材料不同应用场景的顶层通用要求。首个激光清洗行业国际标准的启动编制，将会像指路明灯一样指导激光清洗市场有序竞争，明确各企业的前进方向，规范激光清洗行业。
2021年共有21家光学企业全力冲刺IPO，腾景科技、英诺激光、炬光科技、富瑞吉等先后成功上市，大族数控、长光华芯、德龙激光、福特科等也已成功过会，离上市仅差临门一脚，还有13家在排队受理，覆盖从开展上市辅导到已注册等待上市全阶段，涉及包括激光、光通信、精密光学等领域，主营业务包括上游元器件、中游激光器到下游设备商等激光全产业链。
点评：相比2020年有联赢激光、海目星激光成功上市，2021年激光行业可谓是更加热闹，已成功上市四家企业，且还有四家离上市仅一步之遥。这也得益于科创板设立、创业板改革并试点注册制，给激光行业带来了资本活力。截至目前，整个上市激光企业的产业链已覆盖了上游元器件、中游激光器、下游设备商整个产业链。
其中，大族数控、长光华芯、德龙激光、福特科这四家“准上市”公司，谁将是2022年第一股更是备受期待。另外长盈通已获受理，募资资金将用于特种光纤光缆、光器件产能扩产等，若上市成功，将有望成为“国内特种光纤第一股”，光器件行业的故事也将更加丰富。
由大恒科技牵头承担的国家重大科学仪器开发专项“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”项目进展顺利，进度和成果产出达到任务书要求的考核指标，顺利通过综合验收。该项目主要针对太赫兹时域光谱仪及各个关键模块进行了研究和开发，先后开发出具有自主知识产权的超快激光器、太赫兹源、太赫兹探测器等一系列核心产品，形成了四款各具特色的太赫兹时域光谱仪，打破了国外太赫兹技术在国内的价格垄断，具有较强的市场竞争力。
点评：自2004年首次被美国提出并誉为“改变未来世界的十大技术”之一，太赫兹技术就逐渐被科学界所熟知，在人们的生产生活中的应用越来越广泛。
目前太赫兹光谱仪已经在无损检测形成销售，该项目还在食品安全、民族医药、肾病检测、石油勘探、半导体材料等五个领域进行太赫兹的示范应用研究，进一步拓展了太赫兹时域光谱仪的应用，为太赫兹技术的产业化奠定了基础。虽然现在微波、激光等现有技术的成本和效率还占有绝对优势，但在未来十到二十年间，太赫兹技术必将凭借高分辨率、强穿透力和强抗干扰能力等独特优点成为人类世界当中的核心技术。
对于我国而言，未来十到二十年也将是与其他国家比拼太赫兹技术的关键时期，应当抓紧时间加快太赫兹技术的研究，争取在世界范围内不落于人后。
在中国制造业转型升级不断深化的背景下，产品和零件加工逐渐趋向微型化、精密化，在精细微加工方面，超快激光在光伏、显示、半导体、LED、5G电子等领域的钻孔、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。激光技术也不断向高功率、窄脉宽、短波长方向发展，更高的功率可以提高加工速度，优化加工效率；更窄的脉宽可以降低加工损伤，提升加工质量；更短波长可以使加工产生更小的光点，提供较高的分辨率，提高加工精度。
激光器是激光设备的核心器件。受限于核心器件，我国中高功率激光器国产化尚有待提升。激光器核心器件包括泵浦源、激光脉冲调制器件等，由于泵浦源、激光脉冲调制器件等核心器件技术难度高，较长时间以来，我国激光器核心器件均依赖进口，制约着激光器国产化进程。为了降低对进口产品、技术的依赖程度，降低高端原材料的价格，中游厂商加大自主研发力度，未来国产元器件、工艺替代进口产品、技术趋势明显。
在国家产业政策扶持和企业加大研发力度共同推动下，我国激光器行业发展迅速，以锐科激光、英诺激光、德龙激光为代表的国产激光器企业不断突破技术封锁，在紫外激光、超快激光和高功率激光等方面逐渐实现国产替代，市场占有率有望不断提升。
随着激光技术的不断提高，激光器和激光加工设备的应用领域不断扩展。激光加工技术是一种应用定向能量进行非接触加工的新型加工技术，与传统接触式加工方式有本质区别，可与其他众多技术融合、孕育出新兴技术和产业，这将能够在更多领域替代传统机械加工。近年来，激光器及激光加工设备在半导体、显示、消费电子等精细微加工领域和航空发动机、火箭飞行器、汽车发动机等零部件结构高度复杂的尖端科技领域的应用逐渐增多，客观上也给激光器及激光加工设备带来了新的发展机遇。
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