光纤激光器专题报告：光纤激光器，迈向高效率生产的利器.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 行业 研究 Page 1 证券研究报告 深度报告 IT 硬件与设备 Table_IndustryInfo 光 纤激光器专题报告 超配 （维持评级） 2018 年 10 月 09 日 一年该行业与 上证综指 走势比较 行业专题 光纤 激光器 迈向高效率生产的利器 光纤激光器市场最关注的三个问题 本篇报告除了详细介绍光纤激光器相关的技术、市场等发展趋势 外 ，最为核心的是回答了 关于 激光产业三个市场最关心的问题 ： 激光 器产业 是一门怎样的生意？ 1、 激光器 的 制造 销售 依赖于大量的人力 资源 ， 设备组装 难以用自动化设备替代，因此激光器制造企业的收入 依靠企业高素质的员工 人数 及 员工的 能力； 2、 激光企业的高 ROE 主要来源于其高利润率，属于典型的技术密集型企业。 激光下游企业的采购 频率 相对于其他设备 明显更高， 这 有效 扩大了激光 器 及激光设备 产业 的需求 市场规模同时也削弱了激光行业的周期特性 ； 3、 激光 器及激光设备 下游 终端 客户以工业用户为主， 帮助客户 降 低其投资 成本是激光 器 制造企业最核心的竞争力，具体途径包括：激光器持续性降价、提高激光器加工效率、降低激光使用和维护成本 。 由于以上三大因素的综合作用，激光市场 规模随着下游 客户 使用成本的下降而持续增长，同时由于其 较高的采购频率和较低的自动化扩产能力使得 激光行业不容易出现 较大的 产能过剩和 行业性 周期性波动。 光纤激光器为什么能够脱颖而出？ 1、 性价比优势明显， 对竞争 性产品实现 了替代 。 相对于其他激光器，光纤激光器具有电光效率高、综合运行成本低、使用方便、光束质量好、能量密度高、可加工材料范围广、加工质量高等优势 ； 2、 适应激光应用发展趋势，成本与性能潜力无穷。 光纤的形态是最适合实现激光功率放大的介质形态，能够在有限的空间内实现增益介质的有效利用并具备更好的散热能力 ； 并能实现核心零部件的模块化 ，这些 模块 一方面可以通过叠加增强性能，也可以通过规模化生产降低成本 。 光纤激光器在国内市场的发展趋势和空间 多大？ 光纤激光 器市场大致分为两大部分，分别是中小功率激光器和大功率激光器： 中小功率激光器技术 壁垒低，由于应用广泛 市场规模大 ，目前其国产化率已经接近100%；大功率激光 器技术难度高，应用场景有限但是产品利润率十分可观。大功率市场目前主要国外企业所垄断，国产替代空间巨大。 我们 重点推荐光纤激光产业链的重点公司，包括 锐科激光，大族激光，华工科技 等 。 风险提示 市场竞争加剧，下游客户需求不及预期。 重点公司盈利预测及投资评级 公司 公司 投资 昨收盘 总市值 EPS PE 代码 名称 评级 （元） （百万元） 2018E 2019E 2018E 2019E 300747 锐科激光 买入 142.20 18,202 3.70 5.44 38.5 26.2 002008 大族激光 买入 39.70 42,362 1.95 2.44 20.4 16.3 000988 华工科技 买入 14.19 14,268 0.71 0.96 19.98 14.8 资料来源： Wind、国信证券经济研究所预测 相关研究报告： 电子行业 18 年半年报总结及 9 月份投资策略：强者恒强趋势明显，选择景气周期向上行业中的优质龙头公司 2018-09-10 PCB 行业专题报告：产业升级新周期，关注具备自主技术，附加值高的优秀公司 2018-08-27 电子行业专题报告：“芯”辰大海系列报告之二：存储器之 NOR， FLASH 2018-08-15 电子行业 8 月投资策略：消费电子板块业绩展 望 较 好 ， 有 望 迎 来 估 值 切 换 2018-08-14 电子行业光学专题报告：走进光学世界，探索交互未来 2018-08-06 证券分析师：欧阳仕华 电话： 0755-81981821 E-MAIL： ouyangsh1guosen 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980517080002 联系人：许亮 电话： 0755-81981025 E-MAIL： xuliang1guosen 证券分析师：贺泽安 E-MAIL： hezeanguosen 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980517080003 联系人：吴双 E-MAIL： wushuang2guosen 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，其结论不受其它任何第三方的授意、影响，特此声明 0.60.70.80.91.01.1O/17 D/17 F/18 A/18 J/18 A/18IT硬件与设备 上证综指请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 2 内容目录 激光：最完美的光源 . 5 激光的三大相干性 . 5 激光器结构的三大要素与工作机制 . 6 激光器的分类 . 8 根据增益介质分类 . 8 根据激光波长分类 .11 根据工作模式分类 . 12 激光器市场深度分析 . 12 替代传统钣金优势，新兴市场层出不穷 . 12 全球激光市场持续增长，工业激光 器加速爆发 . 14 中国成为最大激光市场，但核心零部件主要依赖进口 . 15 激光产业是一门什么样的生意？ . 17 自动化程度不足，员工数量决定产能大小 . 17 高利润带来高 ROE，高频采购激活市场潜力 . 19 To B 降成本是激光行业永恒的主题 . 20 光纤激光器：激光器产业化的成功者 . 21 光纤激光器 产业化的成功者 . 22 为什么光纤激光器能够脱颖而出？ . 25 两极化发展：小功率有大市场，大功率有高利润 . 25 全球光纤激光器企业一览 . 26 IPG 一家独大，垄断大半江山 . 26 Nlight 半导体 +光纤激光器双拳出击 . 29 锐科激光 国产光纤激光器的领军企业 . 30 大族激光 崛起的国产激光设备巨头 . 32 华工科技 技术龙头迎来历史发展拐点 . 33 国信证券投资评级 . 36 分析师承诺 . 36 风险提示 . 36 证券投资咨询业务的说明 . 36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 3 图 表 目录 图 1：激光叠加强度超过普通光源 . 5 图 2：准直性对光强的影响 . 6 图 3：不同光源的频谱比较 . 6 图 4：光纤耦合 半导体泵浦源（光泵浦方式） . 7 图 5：激光 谐振腔结构 . 8 图 6：染料激光器 . 9 图 7： CO2 气体激光器 . 10 图 8： VCSEL 半导体激光器 . 10 图 9：光纤激光器 . 11 图 10： X 射线自由电子激光器 . 11 图 11：不同激光器波长范围 . 12 图 12：激光市场份额分解（按行业分类） . 14 图 13： 激光市场份额分解（按应用分类） . 14 图 14： 2013-2017 年全球激光器市场规模 . 15 图 15： 2013-2017 年全球工业激光器市场规模 . 15 图 16： 2017 年全球激光器市场划分（按应用划分） +（按激光器种类划分） . 15 图 17： 2010 年 -2017 年中国激光设备市场销售收入 . 16 图 18： 2010-2016 年中国激光元器件进出口数量 . 16 图 19： 2010-2016 年中国激光元器件进出口金额 . 16 图 20：中国 激光元器件进出口 ASP 对比（单位：美元） . 17 图 21： IPG 历年营业收入收入（百万元）和员工人数 . 17 图 22： IPG 人均产值（万元） . 17 图 23： 2017 年大族激光存货结构 . 18 图 24： 2017 年立讯精密存货结构 . 18 图 25：激光设备与其他设备种类使用寿命对比（单位：年） . 20 图 26：光纤激光器价格长期持续下降 . 20 图 27：国产和进口激光器价格对比 . 20 图 28：锐科激光不同功率激光器产品出货量变化 . 21 图 29： 典型光纤激光器 . 21 图 30： 2013-2017 年全球光纤激光器市场规模 . 22 图 31： 2013-2017 年全球光纤激光器占工业激光器的比重 . 22 图 32： 2018-2021 年全球光纤激光器市场规模 . 23 图 33： 2018-2021 年用于材料加工的光纤激光器市场规模 . 23 图 34： 2013-2017 年全球光纤激光器用途分类 . 23 图 35： 2013-2017 年全球光纤激光器各用途占比 . 23 图 36：各功率光纤激光器的国产化率 . 26 图 37：我国低功率光纤激光器国产与进口量 . 26 图 38：我国中功率光纤激光器国产与进口量 . 26 图 39：我国高功率光纤激光器国产与进口量 . 26 图 40： IPG 主要的激光器类产品 . 27 图 41： 2009-2017 年 IPG 公司营业收入 . 27 图 42： 2010-2017 年 IPG 归属于上市公司股东的净利润 . 27 图 43： 2015-2017 年 IPG 各主营业务营收（亿美元） . 28 图 44： 2015-2017 年 IPG 在全球各地区营收规模（亿美元） . 28 图 45： 2009-2017 年 IPG 公司在中国的市场规模 . 28 图 46： IPG 垄断中国一半光纤激光器市场 . 28 图 47： 2009-2017 年 IPG 公司研发费用 . 29 图 48： Nlight 公司主要光纤激光器产品 . 29 图 49： 2014-2017 年 Nlight 公司营收规模 . 30 图 50： 2014-2017 年 Nlight 公司产品应用市场 . 30 图 51： 2015-2017 年 Nlight 公司研发费用 . 30 图 52： 2014-2017 年锐科激光营收 . 31 图 53： 2014 年 -2017 年锐科激光归母净利润 . 31 图 54： 2015 年 -2017 年锐科激光研发费用 . 32 图 55：锐科激光主要产品的产能利用率 . 32 图 56： 2010 年 -2017 年大族激光营收规模 . 32 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 图 57： 2010 年 -2017 年大族激光归母净利润 . 32 图 58：大族激光销售毛利率与净利率 . 33 图 59：大族激光期间费用率 . 33 图 60： 2015 年 -2017 年大族激光研发费用 . 33 图 61： 2009 年 -2017 年华工科技营收规模 . 34 图 62： 2009 年 -2017 年华工科技归母净利润 . 34 图 63： 2009 年 -2017 年华工科技销售毛利率与净利率 . 34 图 64： 2009 年 -2017 年华工科技期间费用率 . 34 图 65：华工科技研发费用（百万元） . 34 表 1：泵浦源激励方式比较 . 7 表 2：增益介质与波长对应关系 . 7 表 3：激光器按照增益介质分类 . 9 表 4：激光器不同工作模式划分 . 12 表 5：激光切割与传统加工对比 . 13 表 6： 激光焊接与传统焊接对比 . 13 表 7：激光新兴应用层出不穷 . 14 表 8：近年激光行业重要整合并购 . 18 表 9：自动化程度较低是把双刃剑 . 19 表 10： ROE 对比分析 . 19 表 11： 光纤激光器的分类 . 22 表 12：全球主要光纤激光器制造商 . 24 表 13：中国激光产业政策 . 24 表 14：光 纤激光器与其他激光器的比较 . 25 表 15：光纤激光器 BOM 拆分 . 25 表 16：锐科激光主要产品 . 31 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 激光：最完美的光源 激光技术起源于 20 世纪 60 年代，与核能、电脑、半导体并称为 20 世纪的四大发明，美国科学家将激光技术总结为影响全球未来发展的 18 项重大关键技术之一。激光因其是通过人工方式、用光或放电等强能量激发特定的物质导致原子受激辐射的光而得名。激光具有良好的相干性、单色性、方向性、高能量密度等特点， 因而被誉为最锋利， 最精准 的刀。 激光的三大 相干 性 激光 相对于普通光源具有明显的优势，例如光强高，方向性好不容易发散，以及单色性好光谱宽度窄等等。归纳起来激光具有三大特性， 分别是： 时间相干（叠加放大）、空间相干（准直） 、频率相干（单色性）。 时间相干性 ： 光强 叠加 放大 如果以电磁波的角度来看待光，激光与普通光源的最大区别在于每一束光的相位完全相同， 两束激光叠加之后的强度一定会超过普通光源的叠加强度。普通光源由于每一束光的相位完全随机，最终强度不具有叠加 放大 效应。 由于叠加放大效应的存在，消耗相同能量的激光与普通光源的发射强度差别巨大，理论上强度差异倍数与光子数量正比。 图 1： 激光叠加强度超过普通光源 资料来源 : Miridia Acupuncture Technology， 国信证券经济研究所 整理 空间相干性 ：长距离 准直输出 激光从原理上比同等功率的普通光源具有 更大的光强，但是如 果激光无法准直输出，激光的强度将会随着传输距离的增加而快速下降。一般来说，点光源的辐射强度与传输距离的平方成反比。激光由于其准直性，辐射面积并不随着传输距离的增加而变化，如果不考虑传输损失激光的辐射强度能够保持不变。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 图 2： 准直性对光强的影响 资料来源 : Georgia State University， 国信证券经济研究所 整理 频率相干性 ： 频谱 纯净的光源 激光的第三 个 重要的特点就是频谱的纯净 。 相对于自然光源和其他人造光源 ，激光 频谱宽度要窄很多。普通的日月光或者是 LED 光源其实含有很多不同频率的光线，其波长范围可以高达 400nm 以上 ， 而激光光源的频谱宽度则明显较窄。 图 3： 不同光源的频谱比较 资料来源 : Florida State University， 国信证券经济研究所 整理 在实际应用中 ，由于很多材料的光吸收或者反射有一定选择性，因此光谱的纯净十分重要。激光作为最为纯净的光源，一方面能够提高能量的利用率，同时还能减少无效频率光源产生的热效应或者材料损伤。 激光 器 结构 的三大要素 与工作机制 为了实现保证激光具有以上的三大特性， 激光器作为激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔 等核心零部件构成。 泵浦源 。 泵浦源作为 激光放大的能量来源 ，其作用是对增益介质进行激励，使请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 增益介质吸收能量被激发，得以由低能级的基态跃迁到高能级，实现粒子数反转； 常见的激励方式主要有光学激励（光泵浦）、气体放电激励、化学激励 。 图 4： 光纤耦合 半导体泵浦源 （光泵浦方式） 资料来源 : Lumentum，国信证券经济研究所 整理 泵浦源 按照激励方式 主要分为三类： 普通光源泵浦 ，激光器最早的能量来源，主要适用于固体和液体激 光器，泵浦效率低，但是具有成本优势；电泵浦，主要适用于气体激光器和半导体激光器，有一定材料局限性；激光泵浦，效率最高，适用于绝大部分激光器，但是成本较高。 表 1： 泵浦源激励方式比较 普通光源泵浦 电泵浦 激光泵浦 成本 低 低 高 效率 中 低 高 功率 低 高 中 材料选择 无限制 有限制 无限制 资料来源： 激光原理， 国信证券经济研究所 整理 增益介质 。 增益介质 材料 决定 了 激光器 的性能参数。增益介质要求 具有亚稳态能级，能够使实现能级跃迁、粒子数反转的物质， 增益介质可以是气体、液体以及固体 。 增益介质 的能级结构决定了输出激光的能量密度和 波长范围，因此每一种增益介质都具有 其唯一性 。 表 2： 增益介质与波长对应关系 增益介质 震荡波长 液体 染料 紫外光 -红外光 气体 氦氖 可见光 -红外光 惰性气体粒子氦镉 紫外光 -可见光 准分子 紫外光 CO2 远红外光 化学 红外光 半导体 化合物半导体 紫外光 -红外光 固体 钕：钇铝石榴石 镱：钇铝石榴石 红外光 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 8 钛蓝宝石 紫外光 -红外光 光纤 铒、镱、铥