01
引言
激光技术是一种高度集中、高度一致相位的光学技术，其在许多领域都有广泛的应用，包括制造、通信、医疗、科研等。激光技术的供应链涵盖了多个环节，从激光元器件的生产到激光器和激光设备的制造，再到最终的应用。
整个激光行业的供应链形成了一个完整的生态系统，从原材料供应、元器件制造，到激光器和设备的集成制造，再到最终应用。这个行业的不断发展和创新为各个领域提供了强大的工具和技术支持，推动了科技进步和产业发展。
02
发展和应用历史
1900年
德国理论物理学家 普朗克 (Max Planck) 提出辐射量子化假设。
Quantisation of Radiation
图片来源：https://library.si.edu/image-gallery/73553
1913年
丹麦物理学家 波尔 (Niels Bohr) 提出原子中电子运动状态的量子化假设。
Quantum Model of the Atom
图片来源：Niels Bohr's Nobel Prize biography, from 1922
1917年
爱因斯坦 (Albert Einstein) 在普朗克的辐射量子化和波尔的原子能级理论基础上，提出受激辐射假设。
Stimulated emission
图片来源：美国国会图书馆，编号为cph.3b46036
爱因斯坦的受激辐射理论是激光技术的基础，使激光技术成为现代科学和工程中的重要工具。
受激辐射的概念可以通过以下方式解释：
基本原理：当一个原子或分子处于一个高能级状态（激发态），并且处于该状态下的能量较高，它可以通过受到外部光子的作用而跃迁回到低能级状态（基态）。在这个跃迁的过程中，它会释放出一个光子，这个光子的能量等于两个能级之间的能量差。
受激辐射：爱因斯坦提出的关键点是，当一个原子或分子处于激发态时，如果有一个与所释放的光子相同频率的外部光子入射到该原子或分子上，它会导致这个原子或分子跃迁并释放一个光子，而这个释放出的光子与入射光子相位一致，频率相同，方向相同，光子之间有相干关系。这种现象称为受激辐射。
激光 (Laser)：如果在一个系统中有足够多的原子或分子处于激发态，并且它们受到相同频率的光子激发而进行受激辐射，那么释放出的光子将会在相位和频率上高度一致，这将导致光子的集中和增强。这种高度一致的光子集合就是激光。
受激辐射图示
上图是一个原子（或分子）从高能级状态（激发态，excited state）跃迁回低能级状态（基态，ground state）的图示，incident（入射） photon 即为外部光子。
E1：代表一个原子或分子的高能级（激发态）的能量。
E2：代表同一原子或分子的低能级（基态）的能量。
ΔE：代表两个能级之间的能量差，也就是从高能级向低能级跃迁时释放的能量。
h：普朗克常数，是量子物理中的一个基本常数。
v：代表发射光子的频率。
该概念是描述原子或分子在受到外部激发后，发射出光子的过程：当一个原子或分子从高能级（E1）跃迁到低能级（E2）时，会以光子的形式释放能量。释放的能量量与这两个能级之间的能量差（ΔE）相等。
理论阶段
1947年 受激辐射被实验验证
1950年 Kastler提出光血泵浦的方法
1954年 第一台氨分子 Master 建成，首次实现粒子数反转
1958年 《红外和光学激射器》发表 标准激光时代开启
1960年 第一台红宝石激光器研制成功
应用拓展阶段
1960年 第一台氦氖激光器
1961年 第一台光纤激光器
1962年 GaAs半导体激光器
1963年 液体激光器
1964年 CO2激光器 栗子激光器 Nd:YAG固体激光器
1965年 HCL化学激光器
1966年 生物染料激光器
1969年 激光器用于遥感探测
1971年 激光用于舞台光影效果和激光全息投影
1974年 超市条形扫码器出现
1975年 IBM商用激光打印机
1978年飞利浦制造第一台激光盘（LD）播放机
1982年 第一台紧凑碟片（CD）播放机出现
1983年 里根“星球大战”演讲，描绘了基于太空的激光武器
1988年 北美和欧洲间架设了第一根光纤，用光脉冲来传输数据
1990年 激光用于制造业，包括集成电路和汽车制造
1991年 第一次用激光治疗近视，海湾战争中第一次用激光制导导弹
1996年 东芝推出数字多用途光盘（DVD）播放器
快速发展阶段
2008年 法国神经外科学家使用光导纤维激光和微创手术技术治疗了脑瘤
2010 NNSA表示，通过使用192束激光来束缚核聚变的反应原料、氢的同位数氘和氚，解决了核聚变的一个关键因素。
全球激光科技市场
数据来源：见图片右下角
2022年全球激光技术市场规模为178.2亿美元 (USD 17.8B) ，预计2023年至2030年将以7.8%的复合年增长率 (CAGR) 扩大。
03
行业框架
上游为光学材料、元器件等；
中游为激光器；
下游为激光设备；
终端面向汽车、电子、钣金加工等领域。
图片来源：《中国激光产业发展报告》，华西证券研究所整理
激光元器件（Laser Components）：
它们通常处于供应链的较早阶段，是激光器和设备制造过程中的原材料或零部件提供者。
激光元器件是构成激光系统的基本构建块，通常是一些被设计用来产生、控制或操作激光光束的基础部件。这些元器件包括激光二极管、激光晶体、光学透镜、偏振器件、反射镜、光纤等。它们是激光器和激光设备的构建要素，用来产生、操控和传输激光光束。
激光器（Laser）：
激光器制造商通常位于供应链的中游，他们将激光元器件集成到激光器中，并确保激光器的性能和稳定性。
激光器是能够产生高度集中、一致相位的激光光束的设备。它由一个或多个激活介质（如气体、固体、半导体等）构成，通过在这些介质中激发原子或分子，产生光子的放射，从而形成激光光束。激光器的种类多种多样，包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。激光器被广泛用于医疗、通信、制造、科研等领域。
激光设备（Laser Equipment）：
激光设备制造商位于供应链的末端，他们会将激光器和其他必要的元器件组装成完整的激光设备，并进行测试和调试，最终交付给最终用户。
激光设备是整个激光系统或装置，它由一个或多个激光器、激光元器件以及必要的控制和冷却系统组成。激光设备的作用是将激光光束用于特定的应用。例如，激光切割机、激光打标机、激光医疗设备等都属于激光设备。它们的设计和制造需要考虑激光器的性能、激光元器件的选择以及适当的控制系统。
这些概念在激光技术生态系统中扮演着不同的角色，共同构建了广泛应用的激光技术体系。
04
中国市场数据和分析
中国激光产业集群分布
图片来源：Chinese Laser Technology, Industry and Market - A review of the current status and outlook of the Chinese laser industry
我国已有激光企业千余家，主要分布在湖北、北京、江苏、上海、深圳、广东等经济发达省市，占国内总销售额的90%以上。
中国激光产业的发展非常独特，在地域上以集群形式组织。目前，中国有四大激光产业集群——华中、华东、华南和环渤海地区，提供和面向不同的激光产品、机器和应用。
当全球从疫情中逐渐恢复后，中国激光市场正在呈现复苏甚至加速的迹象。
2022年，中国全年国内生产总值（GDP）1210207亿元，按不变价格计算，比上年增长3%，这是非常缓慢的增长。好的一面是，中国高技术制造业的增长速度比上年快得多，达到7.4%。这一趋势有力支撑了我国激光产业的稳定发展，带动了国民经济的快速转型升级。
2011-2023年中国激光市场
数据来源：BOS Photonics
受疫情影响，2022年中国工业激光器市场规模达135亿美元，中国工业激光器市场增速放缓至5%，低于去年年底市场总规模达到135亿美元的10%预期。随着 COVID-19 的消退，中国整体经济预计今年将复苏，特别是激光产业将恢复活力，到2023年底年增长率将达到10%。
工业激光器的全球市场份额
数据来源：BOS Photonics
蓝色为中国，橙色为非中国
除了COVID-19之外，2022年中国经济还面临三重压力：需求萎缩、供应链中断和经济活动疲软。中国在全球工业激光器市场的份额略有下降，2022年为58.8%，2021年为60.1%。
上篇不含对于激光器和激光设备的基础介绍、市场分析、竞争格局，激光产业中国代表品牌以及产业未来的机遇和挑战
END
Horizon｜华智
