激光设备行业深度报告：进口替代仍是趋势，看好具备核心技术的龙头企业.pdf

chinastock 证券研究报告 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明 table_main 公司深度报告模板 进口替代仍是趋势，看好具备核心技术的龙头企业 激光设备 推荐 (维持评级) 核心观点： 激光应用场景较多，市场应用渗透率高，形成完备产业链。目前，与激光相关的产品和服务已经遍布全球，形成了丰富和庞大的激光产业。产业链上游主要包括光学材料及光学元器件，中游为各种激光器及配套设备，下游以激光应用产品为主，目前已渗透到消费电子、高端材料、半导体加工、汽车、船舶、通讯、医疗美容、军事等众多领域。 全球激光器市场规模较大，且呈现稳步上升趋势。Strategies Unlimited发布的数据显示，2018 年全球激光器市场规模约达 137.5 亿美元，同比增长 5.8%，近十年复合增速达 11.1%。随着飞机、汽车工业向复合材料的转变，高功率激光器渗透率的持续提升，预计 2019 年全球激光器市场销售额继续以6.2%的速度增长，市场规模有望达到146亿美元。 材料加工占据激光应用市场的主要地位。根据 Laser Focus World的数据显示，2018年材料加工等继续保持全球激光器应用市场收入占比最大的细分项，收入规模达 61.6 亿美元，占比为 44.5%，较 2017年同比增长3.2个百分点。 国内激光设备市场收入保持较快增速。2018年中国激光设备仍保持较快的增速，激光设备总收入达到605亿元，2019年市场规模有望超过750 亿元，增速在 16%-25%之间。长期来看，随着供给侧结构重心向先进制造业的升级转移，我们认为工业用的大功率激光设备需求将长期保持较高景气度。 国际龙头企业保持较快增长，注重并购拓展业务版图。2018年德国通快、美国相干、IPG、贰陆等国际激光龙头企业营业收入均实现了较快增长。由于激光设备涉及的下游较为复杂，为拓展业务蓝图，国外龙头企业均采用收并购方式进行扩展。我们认为国产厂商未来可能将复制全球龙头的成长轨迹，产业延伸会成为行业未来主旋律。 国产替代步伐持续。目前，国内的厂商在中低功率激光器领域已占据主导地位，高功率激光器也实现产品突破；在国内厂商已取得技术突破的背景下，我们预计2020 年市场空间将进一步打开，国产化率有望超过 50%。另一方面，国产化率的提升伴随产业竞争加剧，行业龙头的毛利率短期面临承压。 中国激光设备市场潜力巨大，国产替代将继续深化，看好具备核心技术的行业龙头。下游应用环节，已形成了以大族激光、华工科技行业两大龙头为首的市场格局；中游激光器锐科激光、创鑫激光、杰普特三大国内厂商已具备核心竞争力，国产替代正在加速，市场占比持续提升。上游元件环节，在部分环节取得突破性发展，未来需持续关注芯片端的自主可控实现。综上所述，我们看好下游设备龙头企业受益于市场景气度向上，以及具备核心技术的国产激光器厂商在国产替代趋势下的业绩增长。 风险提示:工业激光器渗透率提升低于预期的风险；激光器下游行业发展不及预期风险；国产激光器替代进程不及预期风险。 分析师 刘兰程 ：（ 8610）83571383 ：liulanchengchinastock 执业证书编号：S0130517100001 特此鸣谢 范想想 ：（ 8610）83571383 ：fanxiangxiang_yjchinastock 执业证书编号：S0130518090002 吴佩苇 ：（ 8610）66568846 ：wupeiwei_yjchinastock 相关研究 table_research 行业深度报告激光设备 2020年1月8日 行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 目 录 一、激光应用场景较多，下游产业链庞大 . 1 （一）激光是原子受激辐射产生的光 . 1 （二）激光设备下游市场庞大，国际龙头注重并购拓展版图 . 2 二、激光器是激光设备的核心部件，光纤激光器优势明显 . 3 （一）激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔三部分构成 . 3 （二）光纤激光器具备能量密度高、加工范围广等优点，市场份额持续提升 . 4 三、高功率激光加工将驱动工业激光器市场继续增长 . 6 四、中国激光产业保持快速增长，看好具备核心技术的龙头 . 7 （一）国内激光设备市场收入维持高增速 . 7 （二）中低功率激光器国产化基本完成，高功率激光器竞争加剧 . 9 （二）激光元件仍以进口为主，国产化正在路上 . 11 五、风险提示 . 12 行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 1 1 一、激光应用场景较多，下游产业链庞大 （一）激光是原子受激辐射产生的光 激光（Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是指原子受激辐射产生的光，是一种能量密度高、方向性和单色性好的相干光辐射。激光产生的原理是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。 产生激光的跃迁过程有自发辐射、受激辐射、受激吸收，它们是产生激光的必要过程。我们用一个简单的两能级系统来定性说明。如下图所示，E1 是原子的基态，E2 是原子的激发态，电子在这两个能级之间的跃迁必定伴随着吸收或发射频率为 v的光子，且 hv=E2-E1。 自发辐射是电子自发地从激发态返回基态而放出光子的过程，是普通光源的发光原理。当原子处于激发态时，由于高能态状况不稳定，电子会自发地跃迁回到基态，并以光子形式释放出能量。这种过程不受外界因素刺激而自发进行，因此被称为自发辐射。 图 1：自发辐射原理图 资料来源：原子的激光冷却与陷俘, 中国银河证券研究院整理 受激辐射是产生激光的最重要机理。而当处于激发态的原子受到另一个具有能量 hv 的光子作用时，受激原子中的电子立即跃迁到基态 E1，并发射出一个与入射光具有相同特征（如频率、相位、方向和偏振态等）的光子。而正常情况下，大多数粒子处于基态，要使这些粒子产生辐射作用，必须有适当能量（hv=E2-E1）使处于基态的粒子吸收光子进入激发态，这就是受激吸收。由于原子自发辐射产生的光子，对于其他源自来讲是外来光子，会引起受激辐射和受激吸收。因此，在产生激光的过程中，三种作用同时发生，紧密联系。 图 2：受激辐射原理图 图 3：受激吸收原理图 资料来源：原子的激光冷却与陷俘,中国银河证券研究院整理 资料来源：原子的激光冷却与陷俘,中国银河证券研究院整理 激光的良好性能使其在工业、通信、医学、军事等领域具备较高的应用高价值。由于激发出来的光子束（激光），光子光学特性高度一致。这使得激光具备单色性好，亮度高，方向性好等多种特点，具备较高的应用价值，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，并广泛应用到工业、通信、医学、军事等多个领域。 行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 2 2 （二）激光设备下游市场庞大，国际龙头注重并购拓展版图 激光设备下游市场规模庞大且复杂，形成了完备的产业链。目前，与激光相关的产品和服务已经遍布全球，形成了丰富和庞大的激光产业。激光的应用领域包括材料加工、信息通讯、数据储存、医疗美容、科研军事、仪器传感、显示、增材制造等各个细分领域，形成了丰富庞大的产业以及完备的产业链。产业链上游主要包括光学材料及光学元器件，中游为各种激光器及配套设备，下游以激光应用产品为主，下游应用中渗透到消费电子、高端材料、半导体加工、汽车、船舶、通讯、医疗美容、军事等众多领域。 图 4：激光产业链 资料来源：2019中国激光产业发展研究报告，中国银河证券研究院整理 由于下游涉及行业复杂，国际龙头注重以并购拓展业务版图。2018 年德国通快、美国相干、IPG、贰陆等国际激光龙头企业营业收入均实现较快增长。由于激光设备涉及的下游较为复杂，为拓展业务蓝图，国外龙头企业均采用了收并购的方式来进行扩展通快收购了Amphos公司，强化在超快激光器领域的布局；相干收购了 Ondax公司，拓展元件、激光器以及激光系统的产品组合；IPG则收购了 Genesis公司，向机器人自动化领域进军。 表 1：国际龙头企业并购情况 企业标志 中文名称 英文名称 收入情况 并购情况 通快 （德国） TRUMPF 2018年实现收入36亿欧元，同比增长15% 2017年10月，宣布收购高精度低功率CO2激光器制造商Access Laser（大通激光）85%的股份，其生产的激光器尤其用于EUV光刻。 2018年1月，正式收购德国 AMPHOS公司，Amphos开发输出功率在200至400W之间的超短脉冲激光器，本次收购将强化公司在超快激光器的布局。 2018年12月，100%收购飞利浦旗下全资子公司Philips Photonics，扩大在快速增长的光子和数字产品领域的影响力。 行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 3 3 相干 （美国） COHERENT 2018年实现收入19亿美元，同比增长9.4% 2016年3月，收购罗芬激光公司（ROFIN），其产品为低功耗的CO2激光器，实现公司规模的扩大。 2018年5月，收购德国OR Laser 公司，OR Laser在金属3D打印设备的研发和销售领域有着丰富的经验积累，本次收购为加强公司在激光增材制造的布局。 2018年10月，宣布完成了对全息光栅（VHG）和其相关应用的波长稳定的单频半导体激光器生产商Ondax的收购。 IPG （美国） IPG Photonics 2018年实现收入14.6亿美元，同比增长4% 2018年11 月，宣布已与全球机器人焊接和自动化解决方案开发商 Genesis 签署了最终收购协议，Genesis是运输、航空航天和工业终端市场300多家客户的合格机器人系统集成商。 Lumentum（美国） Lumentum 2018年实现收入12.5亿美元，同比增长24.3% 2018年3月，宣布收购Oclaro全部股份实并现合并。Lumentum与Oclaro均为光器件行业的龙头，其VCSEL激光器是苹果长期以来供应商。 贰陆 （美国） II-VI 2018年实现收入11.6亿美元，同比增长19.2% 2018年11 月，工程材料和光电元件的全球领导者 IIVI公司和光通信的全球技术领导者 Finisar公司，宣布双方已达成最终的合并协议，合并之后 IIVI和 Finisar将在光通信、3D传感平台和激光雷达等领域相互补充。 恩耐 （美国） nLight 2018年实现收入1.91亿美元，同比增长38% 2019年11 月，宣布以1750万美元现金和1580万美元股票完成对Nutronics公司的收购，Nutronics目前是为国防市场提供高能激光（HEL）系统的相干组合激光及控制系统的领先开发商，本次收购主要加强公司 HEL领域开发工作。 NKT （丹麦） NKT Photonics 2018年实现收入0.68亿美元，同比增长33% 2017年6月，宣布收购超快激光制造商Onefive公司，2018年8月推出新一代飞秒激光器 Onefive ORIGAMI XP-S 资料来源：中国激光产业发展报告2019，中国银河证券研究院整理 二、激光器是激光设备的核心部件，光纤激光器优势明显 （一）激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔三部分构成 图 5：激光器的构成 激光器泵浦源为激光器的光源，给激光器提供能量增益介质实现光的受激辐射放大的工作物质谐振腔泵浦源与增益介质之间的回路，一般用光纤光栅作为谐振腔行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 4 4 资料来源：中国银河证券研究院整理 激光器是激光设备的核心部件。激光器是激光设备的发光装置，作为激光设备最关键的零部件，该环节技术壁垒较高。激光器主要由泵浦源、增益介质（工作物质）、谐振腔这三部分构成。泵浦源作用是对激光工作物质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级；增益介质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系。谐振腔通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成，是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。 以光纤激光器为例，增益光纤固定在两个光纤光栅之间构成谐振腔，泵源通电产生的泵浦光穿过增益光纤时，增益光纤中的稀土离子会吸收泵浦光，其电子被激励到较高的激发能级，反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态后从纤芯中输出激光。 图 6：光纤激光器结构示意图 资料来源：创鑫激光招股说明书，中国银河证券研究院整理 （二）光纤激光器具备能量密度高、加工范围广等优点，市场份额持续提升 激光器种类繁多，按照增益介质的不同，激光器可分为光纤激光器、固体激光器、气体激光器、半导体激光器等。不同种类的激光器由于输出激光的波长、光束质量、输出功率等参数不同，应用市场也有所差异。目前市场上的工业激光器的主要性能参数对比如下表所示： 表 2：激光器性能对比表 对比项目 指标说明 CO2激光器 （气体） YAG 激光器 （固体） 薄盘激光器（固体） 光纤激光器 半导体激光器 波长m 数值越小，加工能力越强 10.6 1.06 1.01.1 1.01.1 0.91.0 典型电光效率% 数值越大，效率越高，耗电越小 10 5 15 30 45 光束质量BPP（4/5kw） 数值越小，光束质量越好 6 25 8 4m 1m 1m 体积 体积越小，适用场合越多 大 最大 较大 非常小 非常小 可加工材料类型 范围越广，加工适应性越好 高反材料如铜、铝不可 高反材料如铜、铝不可 高反材料可 高反材料可 高反材料可 维护周期khrs 数值越大，维护越少 12 35 35 4050 4050 相对运行成本 数值越小，运行成本越小 1.14 1.8 1.66 1 0.8 资料来源：创鑫激光招股说明书，中国银河证券研究院整理 二氧化碳、固体、半导体激光器性能各异，各有优劣。二氧化碳激光器由于具有功率大，能量转换效率高，输出光束光学质量好，相干性好，工作稳定等优点，被广泛应用于加工、通讯、科学研究等领域。但是也存在体积大、结构复杂、维护困难，金属对 10.6m 波长的激光不能够很好的吸收，不能采用光纤传输激光等缺点。固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、结构简单耐用，价格适宜的优点，在激光切割、定向武器等方面有广泛的用途，但是热效应非常明显，且输出效率低。半导体激光器体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高，在光纤通信、光电测量、军事领域得到十分广泛的应用，但在方向性、单色性和相干性方面较差。 图 7：光纤激光器市场份额 图 8：2018年工业激光器市场占比 资料来源：Strategies Unlimited，中国银河证券研究院整理 资料来源：Strategies Unlimited，中国银河证券研究院整理 相比之下光纤激光器更具有综合优势，被誉为“第三代激光器”。对比上表可以看到，相较于固体、气体、半导体激光器，光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广、综合运行成本低等诸多优势。因此广泛应用于雕刻、打标、切割、钻孔、熔覆、焊接、表面处理、快速成形等材料加工领域，被誉为“第三代激光器”。近十年来，光纤激光器市场份额持续增长。其在全部工业激光器中的占比，从2009年的13.7%增长至 2018年的 51.5%，相较于其他激光器处于明显的领先地位。 0%10 %20 %30 %40 %50 %6 0 %20 09 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18光纤激光器市场份额占比5 1 .5%1 6 .7%1 6 .2%1 5 .7%光纤激光器半导体激光器固态激光器气体激光器行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 6 6 三、高功率激光加工将驱动工业激光器市场继续增长 全球激光器市场规模较大，且呈现稳步上升趋势。Strategies Unlimited 发布的数据显示， 2018年全球激光器市场规模达约为 137.5 亿美元，同比增长5.8%，近十年复合增速达11.1%。而随着飞机、汽车工业向复合材料的转变，高功率激光器渗透率的持续提升，我们预计 2019年全球激光器市场销售额继续以6.2%的速度增长，市场规模将达到 146亿美元。 图 9：2009-2019年全球激光器销售收入 资料来源：Strategies Unlimited，中国银河证券研究院整理 从激光器销售占比看，材料加工占据激光应用市场的主要地位。根据 Laser Focus World的数据显示，2018 年材料加工等继续保持全球激光器应用市场收入占比最大的细分项，收入规模达 61.6 亿美元，占比为 44.5%，较 2017 年同期增长 3.2 个百分点。通信与光储存是第二大市场，规模为 38.2 亿美元，占比为 27.8%；科研与军事、医疗与美容、仪表与传感器、娱乐与打印市场占有率分别为9.3%、7.5%、7.4%以及 3.2%。 图 10：2017年激光器应用市场情况 图 11：2018年激光器应用市场情况 资料来源： Strategies Unlimited , 中国银河证券研究院整理 资料来源： Strategies Unlimited ，中国银河证券研究院整理 具体来看，高功率激光加工（切割、焊接）是目前的主要应用场景。从细分角度来看，材料加工的用途包括切割、金属焊接、打标、半导体、金属精加工等多种领域。2017 年，切割、焊接应用分别占全球工业激光器材料加工用途的 35%与 15%，是目前的主要应用场景，打标应用占 15%，半导体占 14%，金属精加工占 8%。 53 69 82 87 90 96 97 107 130 138 146 0%5%10 %15 %20 %25 %30 %35 %02040608010 012 014 016 0全球激光器销售收入 (亿美元 ) 增长率41.6%34.1%7.4%7.4 %6.5 %3.1%材料加工等市场通信与光储存市场科研与军事市场医疗与美容市场仪表与传感器市场娱乐、显示与打印市场44.8%27 .8%9.3 %7.5%7.4%3.2%材料加工等市场通信与光储存市场科研与军事市场医疗与美容市场仪表与传感器市场娱乐、显示与打印市场行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 7 7 图 12：2017年全球工业激光器材料加工用途构成情况 资料来源：Laser Markets Research，中国银河证券研究院整理 高功率激光加工驱动材料加工市场稳步增长。根据 Optech Consulting的咨询数据看，2018年全球激光材料加工市场收入为145 亿美元， 2012-2018 年的复合增速达6%。由于高功率激光材料加工渗透率继续提升，我们预计 2019 年全球激光材料加工市场将继续保持增长趋势，收入规模有望达 156亿美元。 材料加工用的激光器主要为工业激光器，或将继续受益。2018 年全球工业激光器销售收入为 50.6 亿美元，同比增长 4.2%，近十年复合增长率达到17%，增速超过激光器整体平均。在下游激光材料加工市场继续增长的背景下，我们预计工业激光器仍将保持较快增速。 图 13：2012-2019年全球激光材料加工市场收入 图 14：2009-2018年全球工业激光市场收入 资料来源： Optech Consulting，中国银河证券研究院整理 资料来源： Strategies Unlimited，中国银河证券研究院整理 四、中国激光产业保持快速增长，看好具备核心技术的龙头 （一）国内激光设备市场收入维持高增速 国内激光设备市场收入保持较快增速。2018 年全国工业、信息、医学、科研等领域的激光设备总收入达到 605 亿元，同比增长 22%；2019 年我们预计增速将维持在 16%-25%之间，市场规模有望超过750亿元。作为后发参与者，中国激光产业整体增速高于全球平均。长期来看，随着中国经济结构向先进制造业的升级转变，我们认为工业用的大功率激光设备需求将35%16%15%14%8%12%切割金属焊接打标半导体金属精加工其他102 107 118 118 126 135 145 156 0%2%4%6%8%1 0 %12 %02040608010 012 014 016 018 020 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 E全球激光材料加工市场规模 (亿美元 ) 增长率12.3 16.5 1 9 .9 23.1 24.9 29.7 2 8 .7 34.2 4 8 .6 50.6 - 10 %0%1 0 %20 %30 %4 0 %50 %010203040506009 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18全球工业激光器市场规模（亿美元） 增长率行业深度研究报告/激光设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 8 8 长期保持较高景气度。 图 15：中国激光设备市场销售总收入 资料来源：2019中国激光产业发展研究报告，中国银河证券研究院整理 国内产业格局呈金字塔分布。从产业分布来看，国内的激光企业主要集中在下游的应用，整体格局较为分散。 下游应用环节，除大族激光、华工科技两大行业龙头外（营收规模分别超过 100、50 亿元），各细分板块有较多的参与者。而由于细分板块的整体市场规模相对较小，大部分的激光企业均在科创板以及新三板挂牌上市。 中游激光器环节，国内生厂商主要是锐科激光、创鑫激光以及杰普特；运控系统中，柏楚电子、维宏股份、奥森迪科占据中低功率激光切割控制系统的 90%，高功率激光控制系统市场国际厂商仍占据绝对优势。上游元件环节，部分光纤已基本达到国际厂商水平，泵浦与芯片等核心零部件仍然以进口元件为主。 图 16：国内产业结构金字塔