浅析高功率光纤激光器（光纤激光器功率是否越大越好）

近几年，我国激光产业发展迅猛，尤其是国产光纤激光器领域更是成绩喜人，不仅稳定性得到逐步改善，功率也可以越做越大。尤其是最近，国产万瓦级光纤激光器及加工设备产品频出，一两个月就能听到一次类似的新闻，让我们不由得疑惑：为什么各家都在推万瓦级光纤激光器，光纤激光器功率是否越大越好，高功率光纤激光器市场有多大，技术解决情况如何了......

为了了解市场的真实情况，我们特地采访了光纤激光器产业链中的国内代表企业，有已经推出万瓦级光纤激光器的企业，也有打算但还未推出万瓦级光纤激光器的企业，有光纤激光器的生产商，也有光纤激光器下游设备商，力求更加全面和客观。

在长达一个多月的调研中，我们走访了多个光纤激光器生产商、设备商，多位光纤激光行业技术专家、市场专家，我们只能用“任重而道远”来形容目前高功率光纤激光器的处境。

（如未特殊说明，本文中指的高功率光纤激光器是万瓦级光纤激光器）

国产高功率光纤激光器市场目前占比有多少？

根据Industrial Laser Solution发布的2018年全球激光器数据，2018年高功率加工类激光器应用主要受益于钣金焊接、切割系统的需求提升，营收总额从17.14亿美元上升至24.15亿美元，增长率为40.9%。国内也是正在经历制造业转型升级的大热潮中，激光加工取代传统加工，对激光加工技术和设备的需求大幅提升。

但是如果我们单独看高功率激光器市场，就会发现国产高功率激光器市场的增长相比于这些增长微乎其微。

众所周知，IPG公司是全球顶尖的光纤激光器生产商。国内高功率光纤激光器领域90%被国外企业占领，这其中又以IPG为主流。所以我们如果以IPG为样本进行预测，足以说明一定问题。

我们先从高功率光纤激光器市场营收情况进行演算。

根据IPG 2018年全年业绩财报显示，IPG中国营收为6.3亿美元，总营收14.6亿美元，占比为43%，而IPG高功率光纤激光器（1000-120000 W）总营收为9.1亿美元，假设在高功率激光器市场中，IPG在中国与其全球占比仍以43%计算，则其在中国的高功率光纤激光器营收为3.9亿美元，折合人民币26.13亿元。据《2019中国激光产业发展报告》介绍，2018年中国光纤激光器市场销售总额（含进口）约为77.43亿元（不含税），那么IPG高功率光纤激光器在中国整体市场中的占比为33.7%。再假设高功率激光器市场90%全为IPG所有，则国产高功率光纤激光器的市场销售总额为0.43亿美元，折合人民币2.9亿元，占中国整体光纤激光器市场的3.7%。但是在IPG财报中，他们把功率为1000-12000 W的光纤激光器称为高功率光纤激光器，本文探讨的是万瓦级光纤激光器，所以所有实际值和比例都将小于目前模拟计算的数值。换句话说，国产万瓦级光纤激光器的销售总额及占比，将小于2.9亿元和3.7%。

再从出货数量上来看，综合《2019中国激光产业发展报告》和中国激光加工专委会的数据，国产3000 W光纤激光器出货量超500台，6000 W光纤激光器出货量为300台左右，12 kW光纤激光器出货量为10台。2018年国内光纤激光器总装机量为25000台，如果以出货多少便装机多少来满打满算的话，12 kW国产光纤激光器占比仅为0.04%。

国产高功率光纤激光器提升市场占有率依旧任重道远，这也许是国内激光器厂商频繁推出高功率产品的驱动力吧！

图 2013-2019E年中国光纤激光器（＞1.5 kW）销售数量及预测

核心技术及工艺技术解决了？

国内较早从事光纤激光研究工作的资深研究员介绍，为了获得更大的光纤激光输出，例如万瓦级光纤激光器，对多个中等功率的光纤激光进行合束是一种有效手段，其中所需的关键元器件就是光纤合束器。因此，对于大功率光纤激光器来说，其中的合束器，合束器中的热管理技术，以及进行合束后输出的光束质量成为目前业内获得高质量高功率光纤激光器的关键。同时，对于高功率光纤激光器所涉及的新的应用领域来说，大部分要求高的光束质量。判定某个高功率光纤激光器是否稳定可靠，技术先进性如何，便可以从这三个角度出发进行比较。目前国产合束器质量与国外相比，仍然具有很大差距，属于“卡脖子”技术。

在我们的调研中，多位业内人士也如此表示，在军事领域，光纤激光器多采用光谱合束来获得高功率，但在工业领域，目前国内在技术上并无创新，仍多是使用多个单光纤模块实现合束，例如采用多个2000 W、3000 W模块进行合束，获得万瓦级光纤激光器。合束而成的高功率汇聚在合束器中，若合束器没有承载如此高功率的能力，很容易被烧坏，因为高功率合束器基本以国外进口为主，国内只有极少数厂家可以生产。

除了光纤激光器本身从技术上与国外存在差距，高功率光纤激光器产品对于配套的激光切割头也存在更高要求。以激光切割机为例，光纤激光器作为光源，匹配到切割头中，然后再运用到机床上。而高功率激光切割头国内能做的厂商比较少，这对设备整体稳定性要求很高，代表着行业的最高水平。业内人士称，低功率配套切割头主要是使用国内切割头，6000 W以上高功率激光器基本用国外切割头。

市场有应用刚需了？功率是否越大越好？

高功率光纤激光器在工业领域主要是用于激光切割、焊接，是否功率越大越好，我们采访的诸多激光企业提出了“极限功率”的概念。他们认为，以激光切割应用来说，切割工艺本身是有极限功率的，超过这个极限功率，切割质量和速度就不再提升了，转而使用其他激光器进行加工，例如准分子激光器或者二氧化碳激光器可能在成本、效率等方面更优。他们普遍认为，对于工业市场，6 kW就可以满足95%以上中国市场对切割的需求，超过6 kW的光纤激光器在切割领域是一个非常小的市场。“华工激光12 kW、大族激光20 kW、奔腾激光20 kW光纤激光切割设备的相继推出，只能说明市场对高功率激光设备是有需求的。但是这是在一个很小范围内存在的特定需求，目前我没有看到有大面积应用的需求出现。所以，在国产光纤激光器尚未突破万瓦的时候，我们称高功率光纤激光器是一个发展方向，在大家都有这个技术实力的时候，更适合去谈其应用领域。”在较难加工的特种材料中，小功率激光器速度慢、切不动，且切割效果不良。同时，高反材料导致加工时需要更高能量补充以满足其需求，而这正是万瓦级激光器“用武之地”。同时，激光设备厂商反馈，高功率激光主要应用于加工市场，而在加工市场的企业客户需求至多在6000-8000 W 。整个市场容量如何，与国家宏观经济密切相关。

不锈钢切割-效率最大提升400%

碳钢切割-空气代替氧气高速切割中薄板

图片来源：荣格激光加工

如上图所示，碳钢亮面切割时，板材厚度确定时，存在一个极限功率。若实际功率小于极限功率，随着功率的增加，切割速度也会相应的提高；若实际功率大于极限功率，随着功率的增加，切割速度保持不变，不会有提高；同时，切割效果也不会有变化。

锐科激光表示，目前客户主要关注点仍是12 kW光纤激光器；华工激光则透露，预计今年下半年推出15 kW激光加工设备。考虑到不同加工效率和市场需求，大多数激光器厂商仍将3000-8000 W作为市场竞争的主战场，尽管他们已经掌握万瓦级激光器技术，并拥有样机产品。

以上观点是从工业加工中的极限功率来考虑。在调研中，我们还听到了另一种声音：单纯从激光作为一种刀具和热源在激光加工中的应用来看，功率越高（无论是瞬时功率或是平均功率），其加工能力则越强。

超高功率的应用，在热处理效应以及关键核心技术上的突破，使用15 kW/20 kW光纤激光器产品测试发现相较于6000 W切割效果更好。目前的万瓦级产品可以对中厚型板材如碳钢完成切割，并无需二次进行打磨。随着高功率激光器性能、产出的提升，当收益超过成本，用户也会转而选择更合适的高功率激光器。金属熔化阈值是百万瓦每平方公分，金属表面改性阈值是万瓦每平方公分，从这两个基本数据来说，将来实际使用中出现十万瓦甚至百万瓦的激光功率都很正常。

从应用领域来说，高功率激光器的主要应用在轨道交通、航空航天、轮船制造、军工应用。以轮船的焊接来说，高功率激光器非常适用，但在国内却尚未得到应用。

成本呢？

激光技术的优势在于高质高效，即光纤传输的质量、光电转换效率。功率越大，能加工的深度、焊接的速度则越来越快，当然，利弊相依。对于高科技领域企业来说，技术与产品研发投入当属成本中的第一大类别，需要投入相应的人才、资金、时间。部分核心元器件无法自供的企业，还需采购如光纤、抽运源、合束器、光栅、电路控制系统等原材料，其成本更甚，有时会达到总成本的70%。

成本投入如此巨大，企业为何还要向高功率前进呢？自然存在利润驱使。业内人士表示，尽管中国低功率市场已被国产光纤激光器品牌占据，相对进口产品，国产低功率产品获得了碾压式胜利，但入市企业过多，价格也大幅下降，导致竞争激烈，利润空间较低，如1000-3000 W光纤激光器即是如此。但3000-6000 W、10 kW或以上功率的光纤激光器，市场总需求较小，却能够实现差异化竞争，产品附加值高，随之利润空间相对较大，成为企业竞相进入的新市场。

此外，展示技术实力也是一个重要原因，例如，IPG光子对外宣传可销售定制50万瓦级的全光纤工业级激光器，工业上是否有用到50万瓦级产品的地方我们不得而知，但是我们为其先进技术却不得不敬佩地竖起大拇指。所以能够研制更高功率激光器，不仅能够证明一个企业研发能力、产品品质，也足够成为企业的宣传点。

从设备厂商的角度来说，业内人士表示，目前只有少数厂家的万瓦级产品在质量、稳定性上的能够达到设备厂家的要求，其他激光器供应商则还需要一个推广和反馈过程。更多光纤激光器企业涉足，对设备厂家来说，也会有更多选择空间，采购性价比自然会提升。

“to be or not to be，that's a question”，而光纤激光器功率是否越大越好，这个“好”并非是一个有绝对答案的问题。技术的持续突破，核心元器件的国产化，配套设备的完善，市场需求和应用领域的开发，都将促进光纤激光器及制造业转型升级的发展。国产高功率光纤激光器仍然“任重而道远”。