探討：新基建為激光行業(yè)帶來(lái)機遇 光纖激光器應擺脫同質(zhì)化競爭

近期，“新基建”一詞成了各大搜索引擎的熱門(mén)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(chē)充電樁、大數據中心、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)。

例如，5G基站中，機柜是必不可少的設備。隨著(zhù)5G基站設備走向輕薄化、微型化，傳統的切割方式因精度低、存在應力等缺陷而難以適應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，將在未來(lái)5G基站的大規模建設中發(fā)揮巨大作用。特高壓輸電鐵塔由于負載大，對底座及結構的穩定性要求極高，因此對加工精度、準確度、質(zhì)量等方面都有著(zhù)極高要求。隨著(zhù)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)勢將在特高壓輸電鐵塔的建設上得以體現。此外，如城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車(chē)充電樁、大數據中心等的建設，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)現狀：規模持續增長(cháng) 同質(zhì)化競爭嚴重

近年來(lái)，中國激光產(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(guān)經(jīng)濟、貿易戰、價(jià)格戰等因素影響，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，席卷全國的新冠肺炎疫情會(huì )對激光行業(yè)造成一定影響，各企業(yè)都調低了收入預期，但長(cháng)遠來(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(cháng)潛力。

盡管我國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，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)化競爭嚴重、價(jià)格競爭無(wú)序等現象。令人欣慰的是，國內激光企業(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)現突破，并開(kāi)始實(shí)現國產(chǎn)器件的大批量應用。同時(shí)，部分企業(yè)也開(kāi)始通過(guò)差異化布局尋求突破，試圖構建新的優(yōu)勢。

眾所周知，光纖激光器的模塊化結構使得功率提高變得更加容易，而隨著(zhù)萬(wàn)瓦級光纖激光切割機在市場(chǎng)得到認可后，各品牌的萬(wàn)瓦激光器如雨后春筍般涌現。當萬(wàn)瓦激光器市場(chǎng)也呈現同質(zhì)化競爭局面時(shí)，企業(yè)的差異化之路該怎么走？是繼續疊加更高的功率，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)科方向學(xué)術(shù)帶頭人、湖南大科激光副總經(jīng)理江厚滿(mǎn)博士認為，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)模式相當于該系統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(chēng)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(chēng)為準單模，這時(shí)候會(huì )有一部分高階模存在?！?

除了模式純凈度高外，大科的單模激光器還能確保在遠距離傳輸中光束質(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?xún)?，但有的品牌可能?米以?xún)攘炼冗€行，如果傳輸距離大于5米，光束質(zhì)量就開(kāi)始退化，這樣無(wú)法在大型機床上使用。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。保證遠距離高亮度的關(guān)鍵就在于控制非線(xiàn)性光學(xué)效應以及激光模式選擇等?！?

此外，對光纖激光器而言，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(jiàn)的多模光纖激光器M2>10，而我們的多模6000W可以做到M2＜4，接近準單模的水準。此外，我們的5000W準單模激光器M2＜2，能實(shí)現更好的聚焦，因此我們的激光器稱(chēng)為高亮度激光器?！?

除了在高亮度上有獨到之處外，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性技術(shù)，總體來(lái)講有幾個(gè)環(huán)節必須要重視。第一點(diǎn)是如何控制高功率密度下的非線(xiàn)性光學(xué)效應；第二點(diǎn)是要對泵浦方式進(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)節要結合起來(lái)，不僅要有理論上的方案，還要在工藝上實(shí)現。目前大科激光器對常用工業(yè)材料中反射率最高的紫銅進(jìn)行了連續一小時(shí)的切割、焊接測試，激光器工作非常穩定?！?

高亮度激光器的應用：切割、焊接優(yōu)勢明顯

對切割應用而言，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(cháng)度更長(cháng)，因此在較大的離焦量范圍內不產(chǎn)生毛邊，對長(cháng)時(shí)間穩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，主要表現為鋁板毛刺更少，銅斷面更細膩。

而對焊接應用而言，高亮度激光器優(yōu)勢同樣明顯。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，孔內壓力更大更穩定，在結合光束擺動(dòng)技術(shù)之后也能實(shí)現紫銅、鋁等高反材料的穩定焊接。據了解，大科2000W激光器焊接紫銅深度可達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、熱影響區更小、焊縫上下寬度差?。ǜ咏匦魏缚p形貌）。

總結：擺脫同質(zhì)化競爭勢在必行

隨著(zhù)新基建的推動(dòng)，國內激光產(chǎn)業(yè)將獲得更大的發(fā)展空間，但若繼續維持同質(zhì)競爭局面，再大的市場(chǎng)增量也將被蜂擁而上的價(jià)格戰所吞沒(méi)?？康蛢r(jià)搶市場(chǎng)，沒(méi)有利潤支撐研發(fā)，只得在同質(zhì)競爭的基礎上尋求降成本，繼續降低價(jià)格。長(cháng)此以往，整個(gè)市場(chǎng)將失去活力。

幸運的是，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)認為，2019年光纖激光器市場(chǎng)毛利率持續下行，是市場(chǎng)增長(cháng)過(guò)快后的消化過(guò)程，這一現象會(huì )隨著(zhù)各企業(yè)擺脫同質(zhì)化競爭、構建差異化壁壘而逐步扭轉。

所謂構建差異化壁壘，包括銳科激光立足高功率進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，開(kāi)發(fā)高門(mén)檻的特殊應用市場(chǎng)；創(chuàng )鑫激光在不斷突破更高功率的同時(shí)，憑借強大的器件研發(fā)實(shí)力基本實(shí)現了核心光學(xué)器件的自給自足；杰普特除了MOPA脈沖光纖激光器獨步江湖外，更是在激光器基礎上開(kāi)發(fā)激光、光學(xué)智能裝備，在高端應用市場(chǎng)占據重要地位；此外還包括飛博激光的環(huán)形光斑技術(shù)、光惠激光的高功率單腔連續光纖激光器的技術(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)化競爭邁出了實(shí)際步伐。我們有理由相信，憑著(zhù)中國人民的智慧與勤奮，憑著(zhù)中國完整的工業(yè)體系與巨量需求，激光產(chǎn)業(yè)能夠走出價(jià)格戰與疫情陰影，通過(guò)良性洗牌迎來(lái)更好的明天。