1. 레이저 산업 개요
(1) 레이저 소개
레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, 약어로 LASER)는 여기된 피드백 공명 및 방사선을 통해 좁은 주파수에서 빛 방사선을 증폭하여 생성되는 시준된 단색의 일관성 있는 지향성 광선입니다.
레이저 기술은 1960년대 초반에 탄생했으며, 일반 빛과의 성질이 전혀 다르기 때문에 곧 다양한 분야에서 널리 활용되었으며 과학, 기술, 경제, 사회의 발전과 변혁에 지대한 영향을 미쳤습니다.
레이저의 탄생은 고대 광학의 면모를 극적으로 변화시켰고, 고전 광학 물리학을 고전 광학과 현대 포토닉스를 모두 포괄하는 새로운 첨단 기술 분야로 확장하여 인류 경제와 사회 발전에 대체할 수 없는 공헌을 했습니다. 레이저 물리학 연구는 현대 광자 물리학의 두 가지 주요 분야인 에너지 포토닉스와 정보 포토닉스의 번영에 기여했습니다. 비선형 광학, 양자 광학, 양자 컴퓨팅, 레이저 감지 및 통신, 레이저 플라즈마 물리학, 레이저 화학, 레이저 생물학, 레이저 의학, 초정밀 레이저 분광학 및 계측학, 레이저 냉각을 포함한 레이저 원자 물리학 및 보스-아인슈타인 응집 물질 연구를 다룹니다. , 레이저 기능성 재료, 레이저 제조, 레이저 마이크로 광전자 칩 제조, 레이저 3D 프린팅 및 20개 이상의 국제 최전선 분야 및 기술 응용. 레이저과학과(DSL)는 다음과 같은 분야로 개설되었습니다.
레이저 제조 산업에서 세계는 "광 제조" 시대에 진입했습니다. 국제 레이저 산업 통계에 따르면 미국1 연간 GDP의 50%는 고급 레이저 응용 분야의 급속한 시장 확장과 관련이 있습니다. 미국, 독일, 일본 등 여러 선진국에서는 자동차, 항공 등 주요 제조 산업에서 기존 공정을 레이저 가공으로 대체하는 작업을 기본적으로 완료했습니다. 산업 제조 분야의 레이저는 기존 제조로는 달성할 수 없는 저비용, 고품질, 고효율 및 특수 제조 응용 분야에 대한 큰 잠재력을 보여 주었으며 세계 주요 산업 국가 간의 경쟁과 혁신의 중요한 원동력이 되었습니다. 각국은 레이저 기술을 자국의 가장 중요한 첨단기술 중 하나로 적극적으로 지원하고 있으며, 국가 레이저 산업 발전 계획을 수립해 왔다.
(2)원자 램프소스 P원리
레이저는 여기 방사선을 이용해 가시광선이나 비가시광선을 생성하는 장치로, 구조가 복잡하고 기술적 장벽이 높다. 광학 시스템은 주로 펌프 소스(여기 소스), 이득 매체(작동 물질), 공진 공동 및 기타 광학 장치 재료로 구성됩니다. 이득 매질은 광자 생성의 원천이며 펌프 소스에서 생성된 에너지를 흡수하여 이득 매질은 바닥 상태에서 들뜬 상태로 점프합니다. 여기 상태가 불안정하기 때문에 이때 이득 매질은 에너지를 방출하여 바닥 상태의 정상 상태로 돌아갑니다. 이러한 에너지 방출 과정에서 이득 매질은 광자를 생성하고 이러한 광자는 에너지, 파장 및 방향에서 높은 일관성을 가지며 광학 공명 공동, 왕복 운동에 지속적으로 반사되어 지속적으로 증폭되고 최종적으로 반사경을 통해 레이저를 쏘아 레이저 빔을 형성합니다. 단말 장비의 핵심 광학 시스템인 레이저의 성능은 종종 레이저 장비의 출력 빔의 품질과 출력을 직접적으로 결정하며 단말 레이저 장비의 핵심 구성 요소입니다.
펌프 소스(여기 소스)는 이득 매질에 에너지 여기를 제공합니다. 이득 매질은 레이저를 생성하고 증폭하기 위해 광자를 생성하도록 여기됩니다. 공진 공동은 공동 내 광자 진동을 제어하여 고품질 출력 광원을 얻기 위해 광자 특성(주파수, 위상 및 작동 방향)이 조절되는 곳입니다. 펌프 소스(여기 소스)는 이득 매질에 대한 에너지 여기를 제공합니다. 이득 매질은 레이저를 생성하고 증폭하기 위해 광자를 생성하도록 여기됩니다. 공진 공동은 공동 내 광자 진동을 제어하여 고품질 출력 광원을 얻기 위해 광자 특성(주파수, 위상 및 작동 방향)을 조정하는 장소입니다.
(3)레이저 소스의 분류
레이저 소스는 이득 매체, 출력 파장, 작동 모드 및 펌핑 모드에 따라 다음과 같이 분류될 수 있습니다.
① 이득매체별 분류
다양한 이득 매체에 따라 레이저는 고체(고체, 반도체, 섬유, 하이브리드 포함), 액체 레이저, 가스 레이저 등으로 나눌 수 있습니다.
| 원자 램프원천유형 | 게인 미디어 | 주요 특징 |
| 고체 레이저 소스 | 고체, 반도체, 광섬유, 하이브리드 | 우수한 안정성, 고전력, 낮은 유지 관리 비용, 산업화에 적합 |
| 액체 레이저 소스 | 화학액체 | 선택적 파장 범위에 도달했지만 크기가 크고 유지 관리 비용이 높음 |
| 가스 레이저 소스 | 가스 | 고품질 레이저 광원이지만 크기가 더 크고 유지 관리 비용이 더 높습니다. |
| 자유 전자 레이저 소스 | 특정 자기장에서의 전자빔 | 초고출력, 고품질 레이저 출력을 얻을 수 있으나 제조 기술 및 생산 비용이 매우 높음 |
우수한 안정성, 높은 출력 및 낮은 유지 관리 비용으로 인해 고체 레이저를 적용하면 절대적인 이점을 얻을 수 있습니다.
고체 레이저 중 반도체 레이저는 고효율, 소형, 긴 수명, 낮은 에너지 소비 등의 장점을 가지고 있습니다. 한편으로는 핵심 광원으로 직접 적용할 수 있으며 레이저 가공, 의료, 통신, 감지, 디스플레이, 모니터링 및 국방 응용 분야는 전략적 개발 중요성을 지닌 현대 레이저 기술 개발의 중요한 기반이 되었습니다.
한편, 반도체 레이저는 고체 레이저, 파이버 레이저 등 다른 레이저의 코어 펌핑 광원으로도 활용될 수 있어 레이저 분야 전체의 기술 발전을 크게 촉진할 수 있다. 세계 주요 선진국들은 모두 이를 국가발전계획에 포함시켜 전폭적인 지지를 보내며 급속한 발전을 이루었습니다.
② 펌핑 방식에 따라
레이저는 펌핑 방식에 따라 전기적 펌핑, 광학적 펌핑, 화학적 펌핑 레이저 등으로 나눌 수 있습니다.
전기적으로 펌핑되는 레이저는 전류에 의해 여기되는 레이저를 말하며, 가스 레이저는 주로 가스 방전에 의해 여기되는 반면, 반도체 레이저는 대부분 전류 주입에 의해 여기됩니다.
거의 모든 고체 레이저와 액체 레이저는 광학 펌프 레이저이며, 반도체 레이저는 광학 펌프 레이저의 핵심 펌핑 소스로 사용됩니다.
화학적으로 펌핑되는 레이저는 화학 반응에서 방출되는 에너지를 사용하여 작업 재료를 여기시키는 레이저를 의미합니다.
③동작모드에 따른 분류
레이저는 작동 방식에 따라 연속 레이저와 펄스 레이저로 구분됩니다.
연속 레이저는 각 에너지 수준의 입자 수와 공동 내 방사선장의 안정적인 분포를 가지며, 작동 재료의 여기와 해당 레이저 출력이 장기간에 걸쳐 연속적으로 발생하는 것이 특징입니다. . 연속 레이저는 더 오랜 시간 동안 지속적으로 레이저 광을 출력할 수 있지만 열 효과는 더 분명합니다.
펄스 레이저는 레이저 출력이 특정 값으로 유지되고 레이저 광이 불연속적으로 출력되는 시간을 말하며 열 효과가 작고 제어성이 좋은 것이 주요 특징입니다.
④ 출력 파장에 따른 분류
레이저는 파장에 따라 적외선 레이저, 가시광선 레이저, 자외선 레이저, 심자외선 레이저 등으로 분류할 수 있습니다. 서로 다른 구조의 재료에 의해 흡수될 수 있는 빛의 파장 범위가 다르기 때문에 다양한 재료를 미세 가공하거나 다양한 응용 시나리오를 위해서는 서로 다른 파장의 레이저가 필요합니다.적외선 레이저와 UV 레이저는 가장 널리 사용되는 두 가지 레이저입니다. 적외선 레이저는 주로 재료 표면의 재료를 가열하고 기화(증발)시켜 재료를 제거하는 "열 처리"에 사용됩니다. 박막 비금속 재료 가공, 반도체 웨이퍼 절단, 유기 유리 절단, 드릴링, 마킹 및 기타 분야에서 고에너지 박막 비금속 재료 가공 분야, 반도체 웨이퍼 절단, 유기 유리 절단, 드릴링, 마킹, 등, 고에너지 UV 광자는 비금속 재료 표면의 분자 결합을 직접 파괴하여 분자가 물체에서 분리될 수 있으며 이 방법은 고열 반응을 일으키지 않으므로 일반적으로 "냉기"라고 불립니다. 처리".
UV 광자의 에너지가 높기 때문에 외부 여기원에 의해 특정한 고출력 연속 UV 레이저를 생성하는 것이 어렵기 때문에 UV 레이저는 일반적으로 결정 재료 비선형 효과 주파수 변환 방법을 적용하여 생성되므로 전류가 널리 사용됩니다. UV 레이저의 산업 분야는 주로 고체 UV 레이저입니다.
(4) 산업체인
산업 체인의 업스트림은 반도체 원자재, 고급 장비 및 관련 생산 액세서리를 사용하여 레이저 산업의 초석이자 접근 한계가 높은 레이저 코어 및 광전자 장치를 제조하는 것입니다. 산업 체인의 중간 단계는 직접 반도체 레이저, 이산화탄소 레이저, 고체 레이저를 포함한 다양한 레이저의 제조 및 판매를 위한 펌프 소스로 업스트림 레이저 칩 및 광전자 장치, 모듈, 광학 부품 등을 사용하는 것입니다. 파이버 레이저 등; 다운스트림 산업은 주로 산업용 가공 장비, LIDAR, 광통신, 의료 미용 및 기타 응용 산업을 포함한 다양한 레이저의 응용 분야를 말합니다.
①상류 공급업체
반도체 레이저 칩, 디바이스, 모듈 등 업스트림 제품의 원자재는 주로 기판, 방열판, 화학제품, 하우징 세트 등 다양한 칩 소재, 섬유 소재, 가공 부품 등이다. 칩 처리에는 주로 외국 공급업체로부터 높은 품질과 성능의 업스트림 원자재가 필요하지만 현지화 정도가 점차 높아지고 있으며 점차 독립적인 제어가 이루어지고 있습니다. 주요 업스트림 원자재의 성능은 반도체 레이저 칩의 품질에 직접적인 영향을 미치며, 다양한 칩 재료의 성능을 지속적으로 개선하여 업계 제품의 성능을 향상시키는 데 긍정적인 역할을 합니다.
②미드스트림 산업체인
반도체 레이저 칩은 산업 체인의 중류에 있는 다양한 유형의 레이저의 핵심 펌프 광원이며 중류 레이저의 개발을 촉진하는 데 긍정적인 역할을 합니다. 미드스트림 레이저 분야에서는 미국, 독일 및 기타 해외 기업이 주도하고 있지만 최근 몇 년 동안 국내 레이저 산업이 급속히 발전한 후 산업 체인의 미드스트림 시장이 급속한 국내 대체를 달성했습니다.
③산업체인 하류
하류 산업은 산업 발전을 촉진하는 데 더 큰 역할을 하기 때문에 하류 산업의 발전은 업계의 시장 공간에 직접적인 영향을 미칩니다. 중국 경제의 지속적인 성장과 경제 변화를 위한 전략적 기회의 출현은 이 산업의 발전을 위한 더 나은 발전 조건을 만들어냈습니다. 중국은 제조 국가에서 제조 강국으로 전환하고 있으며, 다운스트림 레이저와 레이저 장비는 제조 산업을 업그레이드하는 열쇠 중 하나이며, 이는 이 산업의 장기적인 개선을 위한 좋은 수요 환경을 제공합니다. 반도체 레이저 칩 및 그 소자의 성능지수에 대한 전방산업의 요구사항이 높아지고 있고, 국내 기업들도 점차 저출력 레이저 시장에서 고출력 레이저 시장으로 진출하고 있어 업계는 기술 연구 분야에 대한 투자를 지속적으로 늘려야 한다. 개발과 독립적인 혁신.
2. 반도체 레이저 산업 발전 현황
반도체 레이저는 모든 종류의 레이저 중에서 최고의 에너지 변환 효율을 가지며, 한편으로는 광섬유 레이저, 고체 레이저 및 기타 광학 펌프 레이저의 코어 펌프 소스로 사용될 수 있습니다. 한편, 전력효율, 휘도, 수명, 다파장, 변조율 등의 측면에서 반도체 레이저 기술의 지속적인 발전으로 반도체 레이저는 재료가공, 의료, 광통신, 광센싱, Laser Focus World에 따르면, 다이오드 레이저, 즉 반도체 레이저와 비다이오드 레이저의 전 세계 총 매출은 2021년 184억 8천만 달러로 추산되며, 반도체 레이저는 전체 매출의 43%를 차지합니다.
레이저포커스월드(Laser Focus World)에 따르면 2020년 세계 반도체 레이저 시장 규모는 67억2400만 달러로 전년 대비 14.20% 성장할 전망이다. 글로벌 지능의 발전, 스마트 기기, 가전제품, 신에너지 및 기타 분야의 레이저 수요 증가, 의료, 미용 장비 및 기타 신흥 응용 분야의 지속적인 확장으로 인해 반도체 레이저를 펌프 소스로 사용할 수 있습니다. 광펌프레이저 시장 규모는 지속적으로 안정적인 성장세를 이어갈 전망이다. 2021년 글로벌 반도체 레이저 시장 규모는 79억 4,600만 달러로 시장 성장률은 18.18%이다.
기술 전문가, 기업, 실무자들의 공동 노력을 통해 중국 반도체 레이저 산업은 놀라운 발전을 이루었으며 중국 반도체 레이저 산업은 처음부터 프로세스를 경험하고 중국 반도체 레이저 산업의 프로토타입을 시작했습니다. 최근 몇 년 동안 중국은 레이저 산업의 발전을 가속화했으며, 정부의 지도와 레이저 기업의 협력 하에 다양한 지역에서 과학 연구, 기술 향상, 시장 개발 및 레이저 산업 단지 건설에 전념해 왔습니다.
3. 중국 레이저 산업의 미래 발전 동향
유럽, 미국 선진국과 비교하면 중국의 레이저 기술은 늦지 않았지만 레이저 기술과 고급 핵심 기술의 적용에는 여전히 상당한 격차가 있으며 특히 업스트림 반도체 레이저 칩 및 기타 핵심 구성 요소는 여전히 그렇습니다. 수입에 의존하고 있습니다.
미국, 독일, 일본으로 대표되는 선진국은 기본적으로 일부 대규모 산업 분야에서 전통 제조 기술의 대체를 완료하고 '경제조' 시대에 진입했습니다. 중국의 레이저 응용 개발은 빠르지만 응용 보급률은 여전히 상대적으로 낮습니다. 산업 업그레이드의 핵심 기술인 레이저 산업은 계속해서 국가 지원의 핵심 영역이 될 것이며 계속해서 적용 범위를 확대하고 궁극적으로 중국 제조업을 '경제조' 시대로 발전시킬 것입니다. 현재의 발전 상황에서 중국 레이저 산업의 발전은 다음과 같은 발전 추세를 보여줍니다.
(1) 반도체 레이저칩 등 핵심부품 국산화 점차 실현
파이버 레이저를 예로 들면, 고출력 파이버 레이저 펌프 소스는 반도체 레이저의 주요 응용 분야이며, 고출력 반도체 레이저 칩과 모듈은 파이버 레이저의 중요한 구성 요소입니다. 최근 몇 년 동안 중국의 광섬유 레이저 산업은 급속한 성장 단계에 있으며 국산화 정도는 해마다 증가하고 있습니다.
시장 침투 측면에서 저전력 광섬유 레이저 시장에서 국내 레이저의 시장 점유율은 2019년 99.01%에 도달했습니다. 중출력 광섬유 레이저 시장에서 국내 레이저 보급률은 최근 몇 년간 50% 이상을 유지하고 있다. 고출력 광섬유 레이저의 국산화 과정도 2013년부터 2019년까지 점진적으로 진행되어 '처음부터'를 달성하고 있다. 고출력 파이버레이저 국산화 과정도 2013년부터 2019년까지 점진적으로 진전되어 보급률 55.56%에 이르렀고, 2020년 고출력 파이버레이저 국내 보급률은 57.58%로 예상된다.
그러나 고출력 반도체 레이저칩 등 핵심 부품은 여전히 수입에 의존하고 있고, 반도체 레이저칩을 핵심으로 하는 레이저의 상류 부품이 점차 국산화되고 있어, 한편으로는 상류 부품의 시장 규모가 향상되고 있다. 한편, 업스트림 핵심 부품의 국산화를 통해 국내 레이저 제조사의 국제 경쟁 참여 능력을 향상시킬 수 있다.
(2) 레이저 적용은 더 빠르고 더 넓게 침투합니다.
업스트림 핵심 광전자 부품의 점진적인 국산화와 레이저 적용 비용의 점진적인 감소로 인해 레이저는 많은 산업에 더욱 깊이 침투할 것입니다.
한편, 중국의 경우 레이저 가공은 중국 제조 산업의 상위 10개 응용 분야에도 적합하며 앞으로 레이저 가공의 응용 분야가 더욱 확대되고 시장 규모도 더욱 확대될 것으로 예상됩니다. 한편, 무인운전, 첨단운전보조시스템, 서비스 지향 로봇, 3D 센싱 등 기술의 지속적인 대중화와 발전으로 자동차, 인공지능, 가전제품 등 다양한 분야에 적용이 확대될 전망이다. , 얼굴 인식, 광통신 및 국방 연구. 위의 레이저 응용 분야의 핵심 장치 또는 구성 요소로서 반도체 레이저도 급속한 개발 공간을 확보하게 될 것입니다.
(3) 더 높은 전력, 더 나은 빔 품질, 더 짧은 파장 및 더 빠른 주파수 방향 개발
산업용 레이저 분야에서 파이버 레이저는 출시 이후 출력, 빔 품질, 밝기 측면에서 큰 발전을 이루었습니다. 그러나 더 높은 전력은 처리 속도를 향상시키고, 처리 품질을 최적화하며, 중공업 제조, 자동차 제조, 항공우주 제조, 에너지, 기계 제조, 야금, 철도 운송 건설, 과학 연구 및 기타 절단 응용 분야로 처리 분야를 확장할 수 있습니다. , 용접, 표면 처리 등으로 인해 파이버 레이저 전력 요구 사항이 계속 증가하고 있습니다. 해당 장치 제조업체는 핵심 장치(예: 고출력 반도체 레이저 칩 및 이득 광섬유)의 성능을 지속적으로 개선해야 하며, 광섬유 레이저 전력 증가에는 빔 결합 및 전력 합성과 같은 고급 레이저 변조 기술이 필요하므로 새로운 요구 사항이 발생합니다. 고출력 반도체 레이저 칩 제조업체에 대한 도전. 또한, 더 짧은 파장, 더 많은 파장, 더 빠른(초고속) 레이저 개발도 중요한 방향이며 주로 집적 회로 칩, 디스플레이, 가전제품, 항공우주 및 기타 정밀 마이크로프로세싱은 물론 생명 과학, 의료, 감지 및 기타 분야에 사용됩니다. 분야에서 반도체 레이저 칩도 새로운 요구 사항을 제시했습니다.
(4) 고출력 레이저 광전자 부품 수요에 대한 추가 성장
고출력 광섬유 레이저의 개발 및 산업화는 펌프 소스, 절연체, 빔 집중 장치 등과 같은 핵심 광전자 부품의 지원이 필요한 산업 체인의 시너지 효과 발전의 결과입니다. 고출력에 사용되는 광전자 부품 파이버 레이저는 개발 및 생산의 기초이자 핵심 구성 요소이며, 고출력 파이버 레이저 시장 확대는 고출력 반도체 레이저 칩과 같은 핵심 구성 요소에 대한 시장 수요를 주도합니다. 동시에, 국내 파이버 레이저 기술이 지속적으로 향상됨에 따라 수입 대체가 불가피한 추세가 되었으며, 세계 레이저 시장 점유율은 계속해서 향상될 것이며, 이는 또한 광전자 부품 제조업체의 현지 강점에 큰 기회를 제공할 것입니다.
게시 시간: 2023년 3월 7일
