有史以来第一个！芯片级铒基激光器面世：性能接近光纤激光器【附激光技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

近日，瑞士洛桑联邦理工学院研究人员研制出有史以来第一个芯片集成的掺铒波导激光器。该激光器性能接近基于光纤激光器，且将“精确可调波长”与“芯片级光子”两大实用性特点合二为一。这一突破发表在新一期《自然·光子学》杂志上。

研究人员使用最先进的制造工艺开发了这个芯片级激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路上，构建了一个片上光腔(一组提供光反馈的镜子);然后，在电路中植入高浓度铒离子，以选择性地产生激光所需的有源增益介质;最后通过激发铒离子使其能够发光并产生激光束。

研究人员表示，该芯片级铒基激光器的性能优于许多传统系统。它保持了与当前半导体制造工艺的兼容性，这对于在传感器、陀螺仪、激光雷达和光频计量等设备中的应用非常重要。除了以上应用领域，这一将波导激光器小型化并集成到芯片级设备中的成果，还适用于电信、医疗诊断和消费电子产品中的便携式和高度集成系统。

图片来源：摄图网

技术价值观察

历经多年的发展，中国激光技术已广泛应用于各行各业，形成了完整的产业链。激光产业链上游主要包括光源材料、光学元器件及其他组成激光器的材料;中游主要为各种激光器、机械系统、数控系统，其他例如电源、散热器、传感器、分析仪、防护镜等;下游则是成套的激光设备，如激光切割机、激光焊接设备、激光打标机等。激光产业链的终端应用领域涉及交通、医疗、电池、家电、商业用途等。

研究人员研制出有史以来第一个芯片集成的掺铒波导激光器，该激光器性能接近基于光纤激光器。因此，从激光产业链上看，该技术处于产业链的中游环节。

宏观市场观察

——全球激光器市场规模

激光是20世纪60年代的新光源，具有方向性好、亮度高、单色性好和高能量密度等特点。以激光器为基础的激光工业在全球发展势头迅猛，现在已经广泛的应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面，形成了光纤通信，激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光美容和激光扫描等行业。

从激光器市场来看，2014-2022年，全球激光器市场规模持续上涨，2022年，全球激光器市场规模达201亿美元，同比上涨8.8%。

——中国激光器市场规模占比约为67%

中国是制造业大国，近年来激光在我国制造业尤其是装备制造业中的应用比例不断提升，相应的全球激光销售重点区域转移到了中国。根据Laser Focus World及Photonics Views发布的数据，2022年中国激光器市场规模达到135亿美元，占全球激光器市场规模之比约为67%。

——中国激光产业市场总规模持续扩大

中国激光市场结构主要分为激光加工设备、光通信器件与设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元器件等。2016-2022年，我国激光产业市场总规模持续扩大。根据2022年中国激光元器件、激光器、激光加工设备市场规模，2022年中国激光产业整体市场规模已达2186亿元，同比增加6.4%。

——我国激光器国产替代进程持续推进

我国激光产业发展早期，激光器市场被IPG等进口品牌垄断，激光器价格高昂导致一台高功率激光切割设备价格在数百万元。但近年来，我国激光器国产替代进程持续推进，根据中国科学院武汉文献情报中心发布的数据，从市场渗透率来看，在1-3KW功率段光纤激光器市场，2022年国产光纤激光器市场份额达97.3%，已基本实现国产化;在3-6KW功率段光纤激光器市场，国产激光器渗透率由2018年的15.8%迅速提升至2022年的95.7%;在6-10KW功率段光纤激光器市场，2022年国产渗透率达到58.6%。在10KW以上功率段光纤激光器市场，国产激光器渗透率更是从2018年的5.7%快速增长至2022年的64.1%。

——工业领域应用最广泛

激光技术的应用领域非常广泛，在全球和国内都已经延伸到了工业甚至人们生活的各个方面。激光技术影响较大且市场规模、潜力较大的重点应用领域主要包括光通信领域、材料加工领域、准分子印刷领域、数据存储领域、医疗美容领域等。

我国激光设备主要应用在工业、信息、商业、医学以及科研领域。根据中国科学院武汉文献情报中心数据显示，2021年工业领域激光设备市场占比最大，达62%，其次为信息领域激光设备市场，占比达22%。

——2029年中国激光产业市场规模或超7500亿元

我国是制造业大国，然而与世界制造业大国相比，我国激光在对制造业尤其是装备制造业中的应用比例偏低，仅为30%。而美、日、德激光在装备制造业中的应用比重均超过了40%，其中德国高达46.4%，高出我国16.4个百分点。这也是造成我国工业结构升级缓慢的一个原因。与此同时，激光在制造业的应用比例差距也可以看到我国激光产业的巨大市场潜力。在未来国家一系列产业结构调整及工业结构改造过程当中，激光产业拥有广阔的市场前景。

中国激光产业正处于成长期，预计2024-2029年，我国激光产业市场规模将以20%左右的增速增长，到2029年产业规模或超7500亿元。

中国激光技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与激光关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区，并且以广深为重点发展区域，未来布局激光技术及其他先进激光技术的发展路径，极大可能性在于华南地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市龙华区及宝安区、广东省广州市天河区所处激光产业研发、设计的相关企业，以及该地方对于激光产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。