激光材料产业背景及发展趋势一、研究背景激光技术被称作20世纪的四项重大发明之一，经过半个多世纪的发展，已广泛应用于高科技领域，例如光显示，光通信，生物医疗激光设备，激光先进制造，军事科技以及宇宙探索等，推动了一系列尖端高科技产业的发展，产生了巨大的经济和社会效益，并使其成为了21世纪光电子技术的支柱产业之一，因此，促进激光技术的发展被世界各强国列为了国家级发展计划，如美国的“激光核聚变计划”、德国的“光学促进计划”、英国的“阿维尔计划”、日本的“激光研究五年计划”等。
在我国，《国家中长期科学和技术发展规划》也把推动激光技术的发展作为16项重大规划之一。
激光晶体是在激光技术发展过程中使用最早，品种最多的一类工作物质。
当前，激光技术迅猛发展，激光器也趋向于全固态，高效率，多功能和小型化方向发展，使得激光晶体作为高增益介质对激光技术的研究和应用过程中占据越来越重要的位置。
在当前，我国在激光晶体的发展过程中面临着诸多的机遇和挑战，以下将就我国激光晶体的主要发展背景做简要介绍。
1、国家在经济增长方式转变中对高新技术产业的支持，其中包括直接资金扶持和政策支持等，有利于促进激光晶体材料生产企业的发展。
2、我国丰富的稀土资源有利于激光晶体材料生产规模的扩大。
当前，近90%的激光晶体是通过掺入稀土作为激活离子的，所以稀土已成为激光晶体中一族很重要的元素。
因此，激光晶体材料的发展必须有充足的稀土资源做保证。
我国稀土储量世界第一，尤其是相对短缺的中重稀土-在军事领域有重要意义，稀土产量占世界稀土商品量的80%-90%。
这些都为我国激光晶体材料产业的发展提供了支持。
3、高技术含量的激光晶体缺乏。
我国要想在激光技术领域取得全面发展，能够获得充足的基础性的激光晶体材料及其元器件是关键之一，然而我国大部分高技术含量，高附加值的激光器要依靠从国外引进。
军用激光武器的发展也处在跟踪和模仿阶段，这些都反映了我国在激光晶体材料基础研究方面的薄弱。
4、技术链和产业链的缺乏，国外在激光晶体研制方面趋向于晶体的应用方面，重视对整机的研制。
我国则趋向于基础材料及其性能的研究。
这样造成了我国在激光晶体材料发展过程中缺乏完整的技术链和产业链，虽然有不少激光晶体材料的研究处于国际领先地位，但是不能够将这些研究成果由实验室转移到应用开发和产业化，使得我国在激光晶体材料整体发展方面和国际同行有一定的差距。
二、主要产品和产业链当前使用化的激光晶体已经有最开始的几种基质材料发展到了现在的数10种，但是就应用范围来说，主要还是“三大基础激光晶体”，它们分别是掺钕钇铝石榴石（Nd:Y AG）、掺钕矾酸钇（Nd:YVO4）和掺钛宝石（Ti:Al2O3）晶体。
其中，高功率激光应用主要是Nd:Y AG，低功率小型激光应用主要是Nd:YVO4，它的出现标志着全固态激光器时代的到来，Ti:Al2O3晶体主要在可谐调，超快激光的应用方面。
1、Nd:Y AG系列激光棒掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）至今仍然是综合性能最优良的固体激光材料，具有机械强度高，光学性能均匀性好，导热系数高等优点。
正是因为Nd:Y AG晶体的这些优点，它已被广泛应用于军事、医疗等领域，成为了目前固态激光材料中使用量最大的激光晶体，并占据了激光晶体首席地位达40年之久。
在军事方面，Nd:YAG晶体作为应用最普遍的固体激光器的工作物质，成为了军用固体激光技术的支柱，当前超过90%的军用固体激光器以Nd:YAG晶体为工作物质。
在医学和医疗领域，Nd:Y AG激光医疗设备也被大量的应用。
在工业方面，由于Nd:YAG晶体能获得高功率激光输出而被广泛用于材料加工，例如用Nd:Y AG激光加工汽车零部件已被世界众多汽车制造商使用。
2、Yb:Y AG晶体材料Yb:Y AG晶体是一种优良的二极管泵浦固体激光材料，具有掺杂浓度高、量子转换效率高，荧光寿命长、吸收带宽大等特点。
理论上，Yb:Y AG激光器可作为激光武器的小型、高效激光源。
随着InGaAs激光二极管的发展，Yb:Y AG晶体的热效率低，且适合LD泵浦的优点被重新认识。
当前，加大对LD泵浦的Yb:Y AG固体激光器的研究成为了发展高功率、集成化和小型化固体激光器的一个主要方向，受到越来越多的重视。
图1 激光晶体材料产业链激光晶体材料属于激光产业的细分行业，上游涉及到稀土开采、冶炼以及相关的化工产业，直接下游产业是激光器的生产加工，以及激光器的应用行业，其中包括军事、医疗、加工、光通信、激光测量等。
三、激光行业发展较好的几个主要国家/地区发展状况及市场规模1、全球激光市场状况及趋势图2给出了2004-2009全球激光器市场收入。
自2004至2008年，全球商业激光器收入快速增长，年平均增长近7.5%，由2004年的销售收入53.8亿美元上涨到2008年的70.1亿美元，然而受2008年全球金融危机的影响，全球激光器市场收入快速下降，2008-2009下降了24.1%，总收入下降到了2003年的水平。
但是，随着全球各主要生产大国所采取的一系列促进经济发展的措施，使得各国经济逐渐恢复，预计未来几年激光器市场将会保持近6%的年增长率。
亿美元图2 2004-2009年全 球 激光 器市 场 收 入2、 激光产业全球发展较好的国家状况及趋势从图3可以看出，当前在激光产业发展比较好的主要有三个地区，分别为北美，西欧及亚洲。
其中北美以美国为代表，美国在过去的几十年当中，在其精密激光机械加工（PLM ）协会的激励下，带动了新工艺技术的发展，使其激光器技术在世界上处于领先位置，占据了较大的市场份额。
在西欧，激光产业发展较好的国家主要包括德国、法国和英国，其中德国在过去几年当中通过一系列国家激光发展计划，使其在该领域得到了迅速发展，处于世界领先地位，而在亚洲的主要代表国家是日本和中国。
图3 全球激光产业分布状况从图4可以看出，未来激光器产业的发展趋势，它反映了激光器将会被越来越多的领域所应用，这将预示着激光晶体材料需求也将不断的增加。
与此同时，它要求相关企业的经营方式要趋于差异化和专业化，注重新产品的开发和提高传统激光器的效率。
图4 国外激光产业的发展趋势四、国内该行业的发展特征及现状中国是制造业大国，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，近30% 。
如图5所示，美国、日本、德国激光在装备制造业中的应用比重都超过了40%，其中德国高达46.4%。
超过我国近50%。
这也是造成我国工业结构升级缓慢的一个原因。
这也说明我国在激光产业中的巨大市场潜力，在未来国家一系列产业结构调整及工业结构改造过程中，激光产业将产生广阔的市场前景，将推动激光晶体的需求增加。
图5激光在制造业中使用的比重近年来，我国激光加工产业增长迅速，目前已经形成了环渤海、珠三角、长三角、华中四大激光产业带，规模以上的企业达到了近200家，其中以激光产品为主营业务的上市公司有两家。
如图6所示，在四大激光产业带中，环渤海的主要是北京和辽宁的一些研究所和相关企业，珠三角则主要依靠深圳河福建两地的大型激光企业，在长三角主要依托上海科研机构，华中地区则以武汉为中心，在激光晶体材料的研究和生产方面在全国占有重要地位。
图6 中国激光产业分布五、激光晶体领域的国内市场规模及发展趋势1、国内激光产业的市场规模图7 2002-2007年全球激光产业的市场规模走势图8 2002-2007年中国激光产业的市场规模走势从2002年至2007年的五年当中，全球激光产业市场规模由43亿美元上升到了68.9亿美元，年平均增长8%，在2002-2007的五年中，我国激光产业的增长远大于此，年增长速度达到了15%，2007年中国激光产业的市场规模由2002年的28.62亿元增长到了58亿元。
2008年，中国激光产业市场规模更是达到了80亿元。
与世界激光产业增长相似，在过去的2009和2010年中，中国激光产业市场规模有所下降，然而，随着中国政府在一系列刺激经济的计划和引导国家经济增长方式转型的带动下，国家经济保持了平稳增长，这将会对未来几年激光产业的稳步提高起到关键作用。
预计未来几年我国激光产业规模将继续保持金融危机以前的增速逐步扩大，这也预示着激光晶体材料的需求将逐年增加。
2、激光产业未来发展趋势图9 激光产业未来的发展趋势六、激光晶体行业主要下游需求市场现状及趋势1、国内精密激光加工及服务行业精密激光制造和服务行业作为激光晶体材料的下游产业，越来越受到各国的重视，世界各制造业大国都逐渐用激光加工技术来取代传统的指导技术。
我国也不例外，近几年来精密激光加工行业的市场规模在不断扩大，如图所示，2007至2010年，年增长率保持在20%以上，这一市场规模由15.82亿人民币扩大到了30.12亿人民币，并预计在未来会以更快的速度扩张。
图10 国内精密激光加工及服务行业产值图11国内精密激光加工及服务行业年增长率2、全球中小功率激光切割行业据2008年（工业激光解决方案）统计显示，当年中小功率激光切割行业产值在全球激光产业中的比重约占10%，市场规模约为6.4亿美元，如图所示，在过去的几年中，全球中小功率激光切割行业的市场规模不断扩大，虽然在2008-2009年读增速明显减慢，但是在随着全球经济的持续回暖，预计未来两年全球中小功率激光切割行业的市场规模将快速扩大到17.3亿美元，增长速度预计也将更加迅速。
图12 全球中小功率激光切割行业市场规模图13 全球中小功率激光切割行业市场增长率在我国，2008年中小功率激光切割设备的市场规模约为4.02亿元人民币，与世界各国一样，2009年受国际金融危机的影响，我国中小功率切割机市场的增长速度放缓。
预计，未来两年在我国制造业产业升级和技术改造的推动下，中小功率激光切割设备的市场将快速提升并保持高速增长。