Laser: definitsioon, tööstusahel, rakendused ja globaalne maastik

Lasertööstuse kett

Tööstusahela ülesvoolu

Tööstusketi keskosa

Tööstusahela allavoolu

Lasertehnoloogia eelised ja peamised rakendusvaldkonnad

• Uue põlvkonna infotehnoloogia valdkonnas toetab see uute kuvamis- ja kommunikatsioonisektorite arengut, edendades infotehnoloogia innovatsiooni.
• Tipptasemel seadmete tootmise valdkonnas suurendab see rohelise ja intelligentse tootmise taset, võimaldades kiirraudteede ja instrumentide arendamist.
• Uue energia sektoris edendab see suure tõhususega päikeseenergia ja nutivõrkude arendamist, kiirendades uue energia rakendamist.
• Uute materjalide valdkonnas võimaldab see täpset materjalitöötlust, pakkudes tugevat tuge uute materjalide uurimis- ja arendustegevusele.
• Uue energiaga sõidukite tööstuses optimeerib see autoosade töötlemist ja keevitamist, edendades uue energiaga sõidukite tööstuse täiustamist.
• Energia säästmise ja keskkonnakaitse valdkonnas rakendatakse seda pooljuhtvalgustuses, aidates kaasa energia säästmise ja keskkonnakaitse tööstuse arengule.
• Bioloogiatööstuses parandab see täiustatud meditsiiniseadmete toimivust, edendades innovatsiooni selles valdkonnas.

Globaalne lasertööstuse muster

• Euroopa riigid: Nad võtsid lasertehnoloogia vallas varakult juhtrolli ja on kogunud põhjaliku tehnilise oskusteabe, omades eeliseid suure täpsuse, suure töökindluse ja tipptasemel tururakenduste (nt pooljuhtide ja litograafia tehnoloogia) valdkonnas. Turu-uuringute andmete kohaselt moodustab Euroopa laseritööstus üle 30% ülemaailmsest turust.
• Ameerika Ühendriigid: Sellel on oluline positsioon ülemaailmsel turul sellistes valdkondades nagu tipptasemel optiliste kiipide disain ja ränifotoonika integreerimise tehnoloogia. Eelkõige on IPG Photonics ülemaailmsel turul juhtival kohal.kiudlaseri turgKokkuvõttes kuulub USA laseritööstusele ligi 20% maailmaturust.
• Jaapan ja Lõuna-Korea: Neil on ainulaadsed tugevused täppistöötluses, optilises tehnoloogias ja rakendustes mõnes nišisegmendis. Näiteks on Jaapan maailmas juhtival kohal optiliste kiudude toorikute ja spetsiaalsete optiliste kiudude osas, mille ülemaailmne turuosa ületab 50%; Lõuna-Korea ettevõttel Meere Company on 70% ülemaailmsest turuosast ekraaniservade lihvijate osas. Jaapani ja Lõuna-Korea laseritööstuse üldise ülemaailmse turuosa kohta on aga raske täpseid andmeid saada.
• Hiina: Sellel on laserseadmete tootmises selged eelised ja Hiina domineerib selles valdkonnas ülemaailmsel turul. 2024. aastal oli ülemaailmse laserseadmete turu tulu ligikaudu 21,8 miljardit USA dollarit, millest Hiina laserseadmete turu tulu ulatus 89,7 miljardi jüaanini (moodustades 56,6% ülemaailmsest turust). Sellegipoolest, kui arvestada kogu tööstusahelat (sh põhimaterjalid ja komponendid, tipptasemel laserseadmete tootmine ja täiustatud rakendused), väheneb Hiina turuosa ligikaudu 21%-ni ülemaailmsest kogumahust.
• 

Hiina laseritööstuse areng

Poliitika tugi

Regionaalsed tööstusklastrid

• Wuhani optikaorg: Tehnoloogilise innovatsiooni ja tööstusliku innovatsiooni sügava integreerimise abil on see loonud Hiina laseritööstuse arenguks mägismaa. See koondab üle 200 laseriettevõtte, mis hõlmavad erinevaid gaasi-, tahkis- ja kiudlaserite ettevõtteid suure, keskmise ja väikese võimsusega. Moodustatud on täielik tööstuskett, mis hõlmab ülesvoolu lasermaterjale ja tugikomponente, keskvoolu lasereid ja tugiseadmeid ning allavoolu laserrakendusi.
• Pärlijõe delta: Turu nõudlusest lähtuvalt stimuleerib see tööstuslikku nõudlust laseritootmise järele ja soodustab kõigi tööstusahela lülide täiustamist. Hiina laseritööstuse suurima rakendusturuna moodustab selle ekspordimaht üle 30% riigi kogumahust. Selle piirkonna tööstuslik ulatus on ligikaudu 13 miljardit jüaani, mis teeb sellest Wuhani järel suuruselt teise laseritööstuse klastri Hiinas.
• Bohai Rim: See uhkeldab tugevate tehnoloogiliste teadus- ja arendusvõimaluste ning suure turunõudlusega. Pekingi esindatud turg koondab suure hulga IT- ja kommunikatsioonitööstuse ettevõtteid, tekitades lasertoodete järele suure nõudluse.
• Jangtse jõe delta: Sellel on suhteliselt täielik tööstusahel, mille tööstusharud on jaotunud peamiselt Shanghaisse, Nanjingi, Wenzhousse, Suzhousse, Ningbosse ja teistesse linnadesse. Selle piirkonna laseritööstust iseloomustab piirkondadevaheline koostööl põhinev innovatsioon, mis juhib juhtivate ettevõtete kaudu tööstusahela üles- ja allavoolu kvaliteedi ja tõhususe parandamist. Patenditaotluste arv põhitehnoloogia valdkondades, nagu ülikiired laserid jaülitäpsed galvanomeetri süsteemidJangtse jõe deltas suureneb keskmiselt 34% aastas ja tehnoloogia konversioonimäär on oluliselt kõrgem kui riigi keskmine.

1. Talendi eelis: Baasi ümber on koondunud umbes 18 kõrgkooli ja 56 provintsi ja ministeeriumi tasemel teadusinstituuti, mis koolitavad igal aastal üle 50 000 üliõpilase, pakkudes laseritööstusele rohkelt andekaid töötajaid.
2. Tehnoloogiline eelis: Sellised institutsioonid nagu Wuhani Posti- ja Telekommunikatsiooni Uurimisinstituut ning Huazhongi Teadus- ja Tehnoloogiaülikool on optilise sidetehnoloogia ja lasertöötluse valdkonnas kodumaal juhtival kohal, pakkudes tugevat tehnilist tuge tööstusarenguks.
3. Tööstusvundamendi eelis: Wuhani optikaorg on kujunenud Hiina suurimaks optiliste kiudude ja kaablite tootmisbaasiks ning laserseadmete tootmisbaasiks, millel on kindel tööstuslik alus.
4. Turu eelis: Baasil on suur osa kodumaisel optilise kiu ja kaabli tooteturul ning optoelektroonikaseadmete turul ning tal on ka teatud positsioon ülemaailmses optoelektroonikatööstuses, pakkudes laiaulatuslikke turuväljavaateid.

Laserseadmete turudünaamika ja põhikomponendid

Laserseadmete turudünaamika

• Liitiumakude tootmine: Lasereid kasutatakse laialdaselt liitiumakude tootmisel. Liitiumioonakudel on kõrged ohutus-, järjepidevus- ja tihedusnõuded ning lasertöötlusel on ilmsed eelised töötlemisefekti ja efektiivsuse osas. Praegu on uute energiasõidukite kiire arenguga nõudlus liitiumaku seadmete järele suur ja liitiumaku ettevõtted laiendavad oma tootmisvõimsust. Arvestades laserlõikuse, -puhastuse ja -märgistamise laialdast kasutamist liitiumakude tootmises, eeldatakse, et lasertöötlusseadmete osakaal liitiumakude tootmises ulatub tulevikus 15–20%-ni.
• Laserpuhastus ja laservooderdusNendel tekkivatel rakendusturgudel on laialdased väljavaated. Võrreldes keemilise puhastuse ja mehaanilise lihvimisega on laserpuhastus keskkonnasõbralik, kahjutu, vaba teisesest reostusest ja tõhus. See võib asendada olemasolevaid turge, nagu tööstuslik puhastus ja käsitsi poleerimine, millel on tohutu turupotentsiaal. Uute rakendusvaldkondade hulka kuuluvad kultuurimälestiste puhastamine, hoonete puhastamine ja tänavate puhastamine.
• Fotogalvaanika tööstus: Lasertöötlustehnoloogia abil saab fotogalvaaniliste elementide efektiivsust märkimisväärselt parandada. Soodsate tegurite, näiteks fotogalvaanilise energia tootmiskulude pideva languse ja arenevate turgude nõudluse tõttu jätkab ülemaailmne fotogalvaanika turg kasvu. Lasertöötlust kasutatakse päikesepatareide tootmisel sellistes protsessides nagu ablatsioon, lõikamine, servade kärpimine ja dopeerimine.

Laserite põhikomponendid

• Kulustruktuur: Laserite kulustruktuurist on peamised kulukomponendid spetsiaalsed optilised kiud, pumpallikad ja optilised seadmed, moodustades üle 80%. Nende hulgas on pumpallikad ja spetsiaalsed optilised kiud kiudlaserite toorainekulude peamised allikad – üldiselt moodustavad spetsiaalsed optilised kiud umbes 20% ja pumpallikad umbes 30%.
• Peamine jälgimisnäitaja: Laserite põhikomponentide analüüsimisel on kõige olulisem näitaja nende põhikomponentide isetootmise (või lokaliseerimise) aste. Suurem isetootmise (või lokaliseerimise) osakaal viib hankekulude kiirema languseni.
• Pumpallikad: Kiudlaserite valgusallikana kasutatakse pumpallikaid laseri töökeskkonna ergastamiseks ja aktiivsete osakeste pumpamiseks põhiolekust kõrgemale energiatasemele, et saavutada populatsiooni inversioon. Töökeskkonna ja laseri töötingimuste erinevuste järgi jagunevad need nelja tüüpi: optiline ergastus (optiline pumpamine), gaaslahendusergastus, keemiline ergastus ja tuumaenergia ergastus. Vastavad laseritüübid on kiudlaserid, süsinikdioksiidlaserid, tahkislaserid jne.
• Spetsiaalsed optilised kiud: Spetsiaalsete optiliste kiudude ja tavaliste optiliste kiudude eristav põhiomadus on nende kasutamine kindlatel lainepikkustel. Ütterbiumiga legeeritud kiude kasutatakse võimenduskeskkonnana kiudlaserites ja kiudvõimendites, passiivkiude aga sidurites, pigtail-kaablites ja muudes optilistes seadmetes.

Laseritööstuse tulevased arengusuunad