激光 20 世紀四項重大發明之一。1960 年 T.H.梅曼博士發明世界上第一臺紅寶石激光器揭開了激光登錄歷史舞臺的序幕,所謂激光(Laser)是指通過受激輻射擴大的光,激光器則是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振蕩發射的器件。激光與原子能、半導體、計算機共同被視為 20 世紀的現代四項重大發明,稱為”最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”,其主要優點如方向性強、單色性好、高亮度和高時空相干性,一度引起了科學家們特別是軍事家們廣泛關注,目前已廣泛應用于各大民用和軍用領域,對人類社會進步和發展起重要作用。
激光器工作原理。激光器指激光的發生裝置,各種激光器的基本工作原理基本類似,以固體激光器為例,其主要由泵浦系統、增益介質、聚光系統、光學諧振腔及冷卻與濾光系統等五個部分組成:由泵浦系統輻射的光能,經過聚焦腔,使在固體增益介質中的激活粒子能夠有效的吸收光能,讓增益介質中形成粒子數反轉,通過諧振腔,從而輸出激光。
激光技術應用廣泛,短期成本制約長期技術凸顯。激光被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”主要是具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的特性,因此激光在應用到下游領域中,如下圖表中在打標、切割、焊接、微加工、劃片、刻蝕、光刻等與傳統工藝相比具有效率高、速度快、精度高等優勢,目前只是由于成本原因(如高功率激光成本高于中低 30-50%)未得到充分普及。隨著下游電子終端智能創新(如OLED/LED)、半導體摩爾進化(芯片 14nm 往 0.5nm 進化)、汽車輕量化(脆性材料等需求)等對技術要求趨高下,激光加工取代假以時日。
政策加碼促進下游應用和國外取代。與歐美發達國家相比,我國激光技術起步并不晚,但是在激光技術應用及高端核心技術方面卻仍存在著不小的差距,且應用滲透率仍相對較低。作為產業升級的核心技術,激光加工應用領域必將受到國家重點支持領域:一方面加快鼓勵國內激光新技術對傳統技術的取代進程,拓寬在下游領域的應用;另一方面通過政策的鼓勵和對國產企業的支持去縮短和世界競爭對手的差距,最終推動我國制造業向“光制造”時代邁進。
應用材料和通訊兩大主戰場。激光器目前主要應用于通訊、材料加工、研發與軍事運用、醫療美容等領域,根據 Laser Markets Research/Strategies Unlimited 的數據:2017 年全球激光器行業應用領域中材料加工相關的激光器收入 51.66 億美元,占全球激光器 123 億美元規模收入約 42%,再一次超越通訊領域成為第一大激光器應用領域(3%差距到 8%差距);研發與軍事運用相關激光器收入 9.22 億美元,占全球激光器收入的 7%;醫療美容相關激光器收入 9.20 億美元,占全球激光器的 7%。