特别报道

与“光”同行的这一年——回顾与展望

激光前沿

新光源下激光与材料相互作用的科学与技术问题：挑战

与机遇

我国自“十一五”以来一直将激光技术列为重点发展的基础前

沿技术，得益于国家对高科技产业的重视和支持，我国激光行

业在基础元件开发、集成系统研制、工程实践运用等方面取得

了长足发展并逐渐成为全球最大的激光技术应用市场。结合激

光光源宽波长范围、超短脉宽、小衍射极限、高能量密度以及

激光系统小型化、低成本的发展趋势，本文揭示了材料与新光

源间的作用机制并探讨了激光制造技术面临的核心科学问题与

关键技术问题。

激光微纳加工技术助力新一代高效太阳能薄膜电池产业化

激光应用

先进激光光源与先进制造应用发展

如今，激光技术的发展已经愈发成熟，一方面功率不断攀升，

光纤激光器功率突破 100kW；一方面精细度不断提高，皮秒、

飞秒激光技术的逐步成熟和产业化。多维度的发展势必会壮大

许多产业，甚至孕育出更多新兴产业。本文主要介绍激光先进

制造所用激光器的发展动态和趋势。

自研套料软件为废料分断再增效

市场报道

全球医用激光器市场规模 2032 年预计达到 223.4 亿美元

医用激光市场的主要驱动因素包括：随着全球老年人口不断增

加，与年龄相关的眼科、皮肤科和美容手术的数量持续攀升；

对无创手术的需求不断增长；慢性疾病的患病率激增；对先进

激光诊疗手段的接受度持续提高；激光在医学和外科领域的应

用不断增长，而工业、科学和医学领域的从业者和创新者之间

的多维合作正在推动其研究。

安全与标准

《工业激光安全指南》——激光装备外部影响（干扰）

危险的防护（下）

亮点产品推介

行业资讯

◆第十届中国激光市场高峰论坛 2024 年 3 月将于上海举行

◆ 2024 中国激光金耀奖火热进行中

◆《工业激光安全指南》正式发行出版

◆全球激光加工市场规模到 2032 年将达到 469.9 亿美元

企业展示列表

目录 CONTENTS

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编辑部电话 Tel : (86-21) 6485 2178

编辑部邮箱 E-mail: editor@chinalaser.org

王又良 中国光学学会激光加工专业委员会名誉主任

Prof. Youliang Wang, Honorary Chairman of Laser Processing Committee of Chinese Optical Society

邓家科 武汉华工激光工程有限责任公司总经理

Jiake Deng, General Manager of HGLaser Engineering Co.,Ltd.

闫大鹏 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司副董事长兼总工程师

Dapeng Yan, Vice President and Chief Engineer of Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co., Ltd

肖荣诗 北京工业大学材料与制造学部智能光子中心主任

Prof. Rongshi Xiao, Director of Intelligent Photonics Center, Faculty of Materials and Manufacturing,

Beijing University of Technology

吴让大 奔腾激光（浙江）股份有限公司总裁

Rangda Wu, President of Penta Laser (Zhejiang) Co., Ltd

闵大勇 苏州长光华芯光电技术股份有限公司董事长

Dayong Min, Chairman of Suzhou Everbright Photonics Co., Ltd.

张文武 中科院宁波材料技术与工程研究所研究员

Prof. Wenwu Zhang, Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy of

Sciences

张庆茂 中国光学学会激光加工专业委员会主任，华南师范大学信息光电子科

技学院教授

Prof. Qingmao Zhang, Chairman of Laser Processing Committee of Chinese Optical Society，School of

Information and Optoelectronic Science and Engineering , South China Normal University

陆永枫 美国内布拉斯加林肯大学教授

Prof. Yongfeng Lu，University of Nebraska-Lincoln, USA

陈 焱 大族激光科技产业集团副总裁

Yan Chen, Vice President of Han's Laser Technology Industry Group Co., Ltd

罗敬文 上海普睿玛智能科技有限公司总经理

Jingwen Luo, General Manager of Shanghai Smart Prima Technology Co., Ltd.

姚建华 浙江工业大学机械工程学院院长、激光先进制造研究院院长、教授

Prof. Jianhua Yao，Dean, School of mechanical engineering & Institute of Laser Advanced

Manufacturing, Zhejiang University of Technology

唐霞辉 华中科技大学激光加工国家工程研究中心副主任，湖北省激光学理事

长，教授

Prof. Xiahui Tang, Vice-Director of National Engineering Research Center for Laser

Processing, Huazhong University of Science & Technology; Chairman of Wuhan Laser Society

名 誉 主 编 ：王又良

Honorary Editor-in-Chief: Youliang Wang

主 编：张庆茂

Editor-in-Chief: Qingmao Zhang

常务副主编：刘善琨

Executive Deputy Editor-in-Chief: Shankun Liu

副 主 编：陈 超

Deputy Editor-in-Chief: Chao Chen

执 行 主 编：解静娴

Executive Editor: Yoyo Xie

责 任 编 辑：王敏芳

Editor: Minfang Wang

主办单位：中国光学学会激光加工专业委员会

Chief Publisher: Laser Processing Committee of Chinese Optical Society

专家委员会（以姓氏笔画排序）：

Expert Committee (listed in order according to the stroke number of their surname):

承印地址：上海奉贤区青村镇施威一路 158 号 6 栋

Building 6, No. 158 Shiwei 1st Road, Qingcun Town, Fengxian District，

Shanghai

仅供内部交流使用 For Internal Use Only

中国激光界/ 2023.12

www.chinalaser.org 2

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Special Report

Outlook 2024

Laser Frontiers

Scientifi c and Technical Issues of Interaction between

Laser and Material with New Laser Sources

Laser technology has been listed as the fundamental frontier technology in China

since the Eleventh Five-Year Plan. Due to the attention and support for hightech industries of government, Chinese laser industry has made great progress in

fundamental elements, integrated system, engineering practice and application,

and has gradually become the world 's largest laser market.

With the development trend of short wavelength, short pulse width, small

diffraction limit, high energy density of laser source and miniaturization, low cost

of laser system, this article clarifi es the mechanism of action between materials

and new light sources and realizing the active regulation of formation have

become the core scientifi c and key technical problems of laser manufacturing

technology.

Laser Precision Micromachining Technology Helps

Industrialisation of a New Generation of HighEffi ciency Thin Film Solar Cells

Laser Applications

A d v a n c e d L a s e r S o u r c e a n d A p p l i c a t i o n

Development Trends

The development of laser technology is becoming more and more mature, on

the one hand, the power continues to rise, and the power of fi ber lasers exceeds

100kW; On the one hand, the fi neness continues to improve, and the picosecond

and femtosecond laser technologies are gradually matured and industrialized.

The development of many aspects is bound to expand many industries, and even

give birth to many emerging industries. This article focuses on the development of

laser lasers used in laser advanced manufacturing and other development trends and

applications.

Innovative Nesting Software Increases Efficiency for

Separating Waste Material

Market Report

Global Medical Laser Market Size is Expected to Reach

US$22.34 Billion by 2032

Several factors, including the escalating demand for non-invasive procedures, a surge in

the prevalence of chronic diseases, the growing acceptance of advanced laser-based

treatments, and increasing market demand for laser products in diagnostic applications,

propel the growth of the medical lasers market. Lasers continue to find ever-growing

applications in medicine and surgery, and research is being driven by multilateral

collaborations among practitioners and innovators in industry, science, and medicine.

Safety & Standards

\"Industrial Laser Safety Guide\" -Prevention of Laser

Equipment Against the Danger of External Infl uences (II)

Product Highlights

Industry News

◆ 2024 China Laser Market Summit will be held in Shanghai in

March 2024

◆ GLA 2024 is in full swing

◆ \"Industrial Laser Safety Guide\" offi cially released

◆ The global laser processing market size will reach US$46.99

billion by 2032

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激光，一种全新的工具。

As a Solution of Advanced Machining.

The Laser

2023 年，中国激光产业紧紧围绕“构建以内循环为主体、国内国际双循

环相互促进的新发展格局”重大强国战略，不断整合产业链，攻克关键技术，

探索激光的工业化应用并取得一系列显著成果，例如新能源汽车、光伏、消费

电子、储能电池等热门赛道产业迎来了井喷发展，也为“光”制造技术的导入

提供了更多能量。然而，由于受几年疫情所叠加的经济、地缘和政治等多重因

素影响，以及后疫情新常态下的供应链和需求链管理等问题，都使得中国激光

企业在转型升级过程中面临着更多机遇与挑战。

本期的年末重磅——展望 2024 栏目中，依旧邀请多位业内人士畅谈他们

对“光”制造前行之路的思考与感悟，专家与企业家们也提出了不少令人醍醐

灌顶的见解。“企业要从不同维度来解决经济转型产业升级过程中的高端需求

以及探索企业发展进程中从速度向质量跃进的方法，从危机中寻找机遇。很多

时候，更为重要的是在发展战略思维上的根本转变。”“在受到全球经济增速

放缓等宏观因素影响以及激光器竞争日趋激烈的情况下，处于激光产业链上、

中、下游的企业需要持续关注市场、敬畏市场，同时激光生态圈应当携手走向

联动、合作和良性竞争的新格局，共同推动激光行业迭代升级。”“激光诚然

前景无限，但仅靠激光这个单一技术想包打天下是不现实的。总体来说，未来

一个是要持续推动 1+N（激光 + 应用领域）；另一个是加快激光与其他学科

及新兴技术的融合，彰显 1+1>2 的效果，最终使之进阶成为一种更强大、更

全面的新型‘光’智造技术。”“今后要在原创性技术、颠覆性技术和升级换

代的关键技术等方面不断发力；要关注产业链、创新链、人才链的紧密整合，

持续解决行业发展的共性问题。”

另外，2024 年 3 月 19 日，中国光学学会激光加工专业委员会将联合相关

单位在上海共同举办“第十届中国激光市场高峰论坛”，论坛将围绕激光技术

与上海支柱产业的高质量嫁接、激光产业的国际化等主题掀起头脑风暴，赋能

更多新产业的高速高质发展。同时，2024 年中国激光金耀奖也已开启，本届

评奖在原先奖项基础上特别设立了新奖项，旨在发掘出一批在专项领域实力不

俗和在各种单元技术领域颇具优势和创新特色的中小型企业。

感谢大家又一年的陪伴。明年见！

编者语 Editor's Note

卷

首

语

中国激光界/ 2023.12 4 www.chinalaser.org

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□通信设备 / 系统

□电脑 / 办公设备（含显示器 / 光存储器）

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□化学品（药物 / 塑料 / 聚合物 / 橡胶）

□能源 / 公用设施 / 相关产品

□印刷 / 出版 / 摄影

□工控系统 / 智能技术

□农业 / 食品 / 林业产品

□其他（请注明：_________________ ）

□激光加工设备

□软件

□激光器

□元件 / 系统 / 子系统

□制造设备 / 金属材料 / 机器

□光器件 / 系统 / 材料 / 供应品

□航天 / 航空设备

□ 测量仪 / 分析仪

□医疗 / 生物医学设备

□电子器件 / 半导体

□视觉系统

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□激光微加工

□科研类激光

□其他（请注明：______

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□ 工业实验室 □政府实验室 □大学 / 医疗实验室

□工程 / 设计服务 □咨询 □其他（请注明：_________________ ）

□激光焊接

□激光切割

□激光打孔

□激光打标 / 喷码

□激光热处理

□激光雕刻 / 内雕

□激光检测

□激光清洗

□激光划片

□激光增材制造

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□技术支持 / 服务

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□制造 / 生产工艺设计 □工程管理

□质量控制 / 检测 □封装 / 装配

●研发人员

□应用 / 研发 □基础研究

□其他（请注明：_________________________________________________ ）

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□采购

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□教育 / 培训

□销售 / 市场

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6 中国激光界/ 2023.12

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行业资讯 Industry News

第十届中国激光市场高峰论坛 2024 年 3 中国·宿迁第五届激光装备产业发展大会圆满举行

月将于上海举行

为推 动 激 光产业的高质 量发 展，2024

年 3 月 19 日，中国光学学会 激 光加工专业

委员会将联合相关单位在上海共同举办“第

十届中国激光市场高峰论坛”。本届论坛拟

邀请国内外激光行业中的领军人物、专家和

企业家等各路大咖汇聚申城，共话“光”智

造前行之路。上海制造业高质量发展三年行

动计划（2023-2025 年），大力推进集成电路、

生物医药、人工智能三大产业打造世界级产

业集群，加快先进制造业与生产性服务业融

合发展；打造电子信息、生命健康、汽车、高

端装备 4 个万亿级产业集群，培育一批细分

领域千亿级产业。

本届高峰论坛将紧密结合上海市重点支

柱产业如电子 信息、汽车、高端装备、先进

材料等产业发展的机遇与需求，深入探讨激

光产业高质量发展的途径，围绕激光技术与

上海支柱产业的高质量嫁接、激光产业的国

际化等主题掀起头脑风暴，赋能更多新产业

的高速高质发展。

10 月 13-15 日，由宿迁市人民政府和中国光学学会激光加工专业委员会主办

的中国·宿迁第五届激光装备产业发展大会在宿迁恒力国际大酒店举行。本届大会

以“华东光谷·智创未来”为主题，云集国内外多位激光领域专家、院士、科研机构

和激光相关企业等参会代表汇聚一堂，共同把脉激光行业的未来发展，并为宿迁的

激光产业发展前景建言献策。会议期间举行了高端智库专家年会、激光装备产业发

展大会论坛、超快激光加工技术及发展研讨会、激光 3D 打印技术在航空航天和智

改数转领域应用专题论坛、激光技术在新能源领域的应用专题论坛、激光先进智造

在汽车领域的应用专题论坛、新产品集中发布会等一系列精彩纷呈的活动。

在高端智库专家年会上，诸位专家和企业家代表聚焦激光产业发展，就产业发

展定位、人才队伍建设、产学研政结合、技术交流合作、科技成果转化等方面提出

针对性建议，为宿迁激光产业的前行之路建言献策。专家们一致认为，历经多年深耕，

宿迁激光装备产业实现了从无到有、从有到优的快速崛起，希望宿迁继续抢抓机遇，

从产业链拓展延伸、专精特新企业培育、多层次人才培养等方面下功夫、出实招、求

突破，进一步推动宿迁激光装备产业集聚发展、赶超发展。在激光装备产业发展大

会论坛上，邀请了多位专家和企业家就当前颇受业界关注的前沿技术和热点进行

探讨交流，从宏观和微观层面深入剖析了产业发展现状和前景，为”光”制造的前

行之路注入新的思路和能量。

2024 中国激光金耀奖火热进行中

如今，以激光为代表的高端智能制造技术已然成为制造业新一轮

变革的大势所趋，助力新旧动能转换和高质量发展，并在更多新兴的细

分市场和赛道上大放异彩。在此背景下，自 2021 年开启的中国激光金

耀奖（Glorious Laser Award，简称 GLA），旨在发掘具有前瞻性、创

新性和引领性的对中国激光行业产生重大影响的新技术、新产品和新

应用，促进跨界创新，助力产业升级，拓展激光应用市场，推动制造业变革，

走向大众，开拓未来。

目前，中国激光金耀奖已完成三届的评选，且参评产品的门类也十

分多元化，覆盖“产、学、研、用”端。从所有申报和获奖的

项目中，再一次看到激光技术的快速发展和迭代，见证了一

批新技术发展、新产品问市和新应用领域的延伸，彰显出激

光行业和企业正在深入探索激光更多的工业化应用。中国激

光金耀奖正在积极构建激光产业集群，旨在全方位、深层次

地打造中国激光行业内全产业链及生态链的联动与融合。

2024 年中国激光金耀奖正在火热进行中，本届评奖在

以往“新技术、新产品、新应用”奖项基础上，还特别设立了“雏

鹰计划”奖项，旨在鼓励更多中小企业和初创企业参与进来，

见证更多“专”、“精”、“特”、“新”技术的发展与壮大，

从而挖掘出一批在专项领域实力不俗和在各种单元技术领

域颇具优势和创新特色的中小型企业，持续扩大金耀奖的

影响力和覆盖面。2024 年中国激光金耀奖的颁奖典礼设在

2024 年 3 月 19 日，届时将与第十届中国激光市场高峰论

坛在上海同期举办。

中国激光界/ 2023.12 7 www.chinalaser.org

Industry News 行业资讯

近日，国内首部激光行业安全工具书— —《工业激光安全

指南》已隆重面世。本书主要依据中华人民共和国《激光产品的

安全》(GB/T 7247) 和《机械安全 激光加工机》(GB/T18490),

以项目任务引领的方式简要介绍了激光产业链和激光设备的基

础知识、激光设备和激光产品的安全性要求，详细介绍了激光

设备和激光产品在生产和使用过程中可能产生的危害以及应对

各类危险应该采取的激光安全防护 , 详细介绍了产品全生命周

期安全知识 , 列举了企业处理安全隐患、进行事故应急救援训

练的实际案例，是激光设备和激光产品安全防护工作的基础读

本，也是激光行业企业员工安全培训的系统教材。

《工业激光安全指南》由国家激光加工产业技术创新战略

联盟秘书长李婷和广东省战略性产业人才培养与评价联盟激光

与增材制造产业集群首席专家陈毕双共同执笔。该书作为国内

第一套系统介绍激光设备和激光产品安全防护工作的安全培训

教材，填补了国内激光与增材制造产业集群安全教育和培训在

项目式训练教材方面的空白。

《工业激光安全指南》正式发行出版

11 月 3 日，国内首份光子产业发展白皮书在西安举行的光

子产业暨硬科技成果转化论坛上发布。该白皮书对光子产业发

展背景、光子产业五大重点应用领域以及国内外产业发展现状

展开分析，并结合发展实际提出了我国加快发展光子产业的意

见和建议。《白皮书》指出，作为第四次科技革命的“基础设施”，

信息光子、能量光子、生物光子、空间光子和光子智能五大领域

正孕育着一批具备引爆重大产业变革前景的光子技术。

随着人工智能、航空航天、智能制造、新能源、生命科学的

蓬勃发展，光子产业的发展也逐渐进入快速增长期。截至 2020

年，全球有四分之一的国家参与光子产业链分工，共有 4842 家

企业研发、生产和销售光子核心器件和产品。2021 年全球光电

子产品全年收入已经超过 2.1 万亿美元，而每年的光子产品和

相关服务的估值则高达 7-10 万亿美元左右。随着“消费电子”

过渡到“消费光子”，光子产业已经成为全球发展最快的未来产

业之一。

国内首份《光子产业发展白皮书》发布

据悉，深圳宝安区工业和信息化局研究制定了《宝安区关于

推动工业母机、激光与增材制造产业高质量发展的若干措施》

共计 16 条，从招引企业、空间保障、支持技术攻关、支持研发推

广应用、提升装备数字化水平、构建产业生态等方面增强产业

发展动力。该措施自 2023 年 11 月 21 日起施行，有效期 3 年。

早前，《深圳市 2023 年推动高质量发展“十大计划”》（深府办

〔2023〕1 号）提出，（各区）集中力量打造 3-5 个具有世界级

竞争力的先进制造业集群。而《宝安区关于加快建设世界一流

先进制造业强区全力推动经济高质量发展的意见》（深宝发〔

2023〕1 号）也提出，要 抢占产业发展新 赛道，抢抓 产业发展

机遇，大力发展“17+2”战略性新兴产业和未来产业，着力打造

半导体和集成电路、工业母机＋激光与增材制造、智能网联汽车、

新能源、软件与信息服务、空天技术“5+1”世界级产业集群，引

领产业迭代升级。

该措施的主要目标任务是推动工业母机、激光与增材制造

产业集群高质量发展，将宝安区打造成全球一流的工业母机、激

光与增材制造聚集区，积极引进相关优质企业，继续巩固区域产

业链优势，在新能源汽车和能源电子新赛道上发挥宝安制造强

区的重要作用。

宝安区出台措施，旨在推动工业母机、激光与增材制造

产业高质量发展

据海外市场调研机构发布的报告称，2022 年全球激光加工

市场规模为 199.7 亿美元，2023-2032 年期间的复合年增长率

约为 8.93%，预计到 2032 年市场规模将达到 469.9 亿美元。

报告中分析的激光加工产品分为固态激光器、气体激光器

和光纤激光器等。气体激光器在激光加工市场中的市场份额最

高：达到 28.15%，2022 年价值为 56.2 亿美元。报告中分析的

激光加工工艺主要分为打标、雕刻、材料加工和微加工等。其中，

材料加工板块 2022 年在激光加工市场中占比最高达 37.24%，

价值为 74.3 亿美元。它涵盖了激光和材料加工的所有关键要素，

包括激光切割、激光焊接、激光表面改性、激光直接制造、激光

复合制造、激光增材制造和激光微加工等。报告中分析的应用领

域主要涵盖航空航天、电子和微电子、包装、汽车、新能源、医

疗和机床等板块。其中，机床板块 2022 年在激光加工市场占据

的份额最高，占比 19.85%，价值为 39.6 亿美元。另外，亚太地

区占据全球激光加工市场最高的份额，2022 年达到 39.05%，

市场价值为 77.9 亿美元。

全球激光加工市场规模到 2032 年将达到 469.9 亿美元

8 中国激光界/ 2023.12

www.chinalaser.org

行业资讯 Industry News

10 月 9 日下午，由中 国 光 学 学 会 激 光 加 工专 委 会、镭 赛 传 媒 和 PME

CHINA 国际精密激光技术博览会共同主办的“先进激光技术在微电子行业中

的应用论坛”在上海世博展览馆举行。论坛邀请了数位业界专家和企业代表，

围绕激光精密制造、半导体装备研发、超快激光器、光场调控技术、多轴联动

激光加工、深紫外超快激光等关键字，共同探讨，分享案例，解读“光”制造技

术如何赋能微电子产业变革，为这一前沿技术及其应用方向指点迷津。

激光加工专委会常务委员、湖北工业大学刘顿教授，中国光学学会激光加

工专委会陈超秘书长等嘉宾出席会议。此外，中科院宁波材料所、河南省科学

院激光制造研究所、航天三江激光院、上海工程技术大学、江苏大学、山东

大学、长沙理工大学、东华大学、通快、泰德激光、银湖激光、Novanta、岳

乾激光等多家科研院所、高校和企业的相关代表莅临参会。

PME 微电子激光会议举行

10 月 27 日上午，北京光学学会与中国光学光电子行业协会、中国光学学

会激光加工专业委员会、固态激光技术重点实验室、北京工业大学科协、北京

工业大学理学部合作，在北京工业大学联合主办“第十九届北京激光技术前

沿论坛”。中国光学学会激光加工专业委员会秘书长陈超代表专委会致辞，他

表示，随着新一轮科技革命和产业变革发展，中国制造业的转型升级，国产激

光制造装备已进入历史发展的新机遇期，业界同仁需要携手研发出更新高精

尖的激光加工装备和激光工艺，它们是实现新型工业化进程中的关键和核心

技术，是真正实现“光制造”时代的基础。

论坛期间，多位专家围绕先进光源技术、激光增材制造与再制造、阿秒

激光、前沿光学器件的研制和应用等方面作精彩报告，就上述领域当前取得

的最新技术进展、科研成果和应用情况做了深入的交流，旨在进一步探讨我

国激光技术未来的发展趋势，解读光电子行业发展中的核心问题，在第二个激

光产业黄金十年期，不断促进我国激光光电子科技技术创新与产业的进步。

第十九届北京激光技术前沿论坛成功举办

11 月 16 日，航天三江激光院舟山分公司

在岱山经济开发区创研中心正式开业；同时，

“航天三江先进激光制造应用创新中心”和“激

光加工工艺技术联合研发中心”也正式启用。

据悉，舟山分公司将致 力于推 动先 进 激 光制

造 技 术在 船 舶修 造、海工装备等领域的转 化

与应用，通过联合高校院所、科研机构和友商

企业联手，努力打造成“先进激光技术应用基

地”“前沿 领域开放协同创新平台”“激光领

域高端人才聚集地”，为岱山县船舶海工产业

向高端化迈进添砖加瓦。

另外，航天三江先进激光制造应用创新中

心立足产学研用一体的定位，将主要围绕岱山

县船舶产业、海洋重工产业等相关领域，贴近

市场一线，深度融入应用场景，开展激光相关

运用技术拓展。而“激光加工工艺技术联合研

发中心”将聚焦船舶海工、石化装备、汽配制造、

机械加工等产业领域，集中突破一批关键核心

技术，形成一批带动产业发展的创新技术，加

速一批科技研发成果转化，更好、更快地促进

岱山传统产业转型和新兴产业培育。

航天三江激光院舟山分公司开业

近日，工信部等 4 部门联合印发《新产业

标准化领航工程实施方案（2023-2035 年）》。

《实施方案》聚焦新一代信息技术、新能源、

新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保、

民用航空、船舶与海洋工程装备等 8 大新兴产

业，以及元宇宙、脑机接口、量子信息、人形机

器人、生成式人工智能、生物制造、未来显示、

未来网络、新型储能等 9 大未来产业，统筹推

进标准的研究、制定、实施和国际化。

《实施方案》提出，到 2025 年，支撑新兴

产业发展的标准体系逐步完善、引领未来产业

创新发展的标准加快形成。共性关键技术和应

用类科技计划项目形成标准成果的比例达到

60% 以上，标准与产业科技创新的联动更加高

效。新制定国家标准和行业标准 2000 项以上，

培育先进团体标准 300 项以上，以标准指导产

业高质量发展的作用更加有力。参与制定国际

标准 300 项以上，重点领域国际 标准转 化 率

超过 90%，支撑和引领新产业国际化发展。

工信部等 4 部门联合发布，新能源、新

材料等新兴产业将重点推动“标准化”

中国激光界/ 2023.12 9 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

新光源下激光与材料相互作用的科学与

技术问题：挑战与机遇

激光凭借高亮度、高方向性、高单色性及高相干性的特点在工业制造、生物医学、通讯传感等众多领域得到广泛应用。我国自

“十一五”以来一直将激光技术列为重点发展的基础前沿技术，得益于国家对高科技产业的重视和支持，我国激光行业在基础

元件开发、集成系统研制、工程实践运用等方面取得了长足发展并逐渐成为全球最大的激光技术应用市场。结合激光光源宽波长范围、

超短脉宽、小衍射极限、高能量密度以及激光系统小型化、低成本的发展趋势，本文揭示了材料与新光源间的作用机制并探讨了激

光制造技术面临的核心科学问题与关键技术问题。

光源突破

如今，激光光源领域的发展突飞猛进，无论从波长范围、频

率范围、加工材料范围以及起到的作用等多个方面都经历着飞

速的发展与革新。新光源正催生出更多新工艺、新技术和新应用。

此外，激光能量也在不断突破中，从 30 年前的几百瓦、上

千瓦发展到如今的吉瓦以上，并实现了毫米 - 微米 - 纳米的跨

◎ 姚建华，浙江工业大学机械工程学院院长

图 1. 不同的激光加工工艺

尺度加工。不同的激光能量密度适用于特定的激光加工工艺，

包括：激光光刻、激光微纳加工、激光转印、激光弯曲成形、激

光固态相变、激光熔覆、激光清洗、激光切割、超快激光加工等。

同时，激光脉宽、峰值功率和衍射极限等各项指标也持续迎来

了突破。

在激光系统发展领域，前沿聚焦点是针对不同激光器工作

物质，开展低成本、高效率、高稳定性与极端波长的激光器研发，

以及基于高性能、高集成谐振腔设计、高效率激光工作物质开发，

推动激光系统的小型化、轻量化发展趋势。

图 2. 小型化、轻量化激光器

激光先进制造研究院院长

10 中国激光界/ 2023.12

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激光前沿 Laser Frontiers

首先，衍射极限突破催生纳米制造。1873 年，德国科学家

Ernst Abbe 发现了光的衍射极限。1994 年，由德国科学家斯

蒂芬·赫尔提出的受激发射损耗技术（STED）采用两束激光，一

束激发显微镜物镜下的荧光物质产生荧光，同时另外一束中心

光强为零的环形损耗激光将上述激光束最中心以外的所有分子

荧光熄灭。这两束光的中心重合在一起，使得发出荧光的区域极

小，加工精度可以突破衍射极限达到 λ/6。

其次，飞秒激光双光子聚合技术应运而生。作为一种具有

纳米精度的三维加工方式，它被广泛应用于制造各种功能微结

构。利用激光与物质相互作用的双光子非线性吸收效应和阈值

效应，可以突破经典光学理论衍射极限，实现纳米尺度的加工

分辨率。1997 年，飞秒双光子聚合技术首次被用在三维制造上，

可实现 λ/10 的制造精度。

第三则是近场方法，这是当成像或加工对象与聚焦光学元

件的距离小于一个波长时所采用的方法。目前，利用近场针尖效

应可达约 λ/50 的加工精度。

图 3. 利用近场针尖效应可达约 λ/50 的加工精度

在这一领域，面临的科学问题是要持续探索和突破激光物

质相互作用和新机制诱导下的制造革新。多年来，针对激光与材

料之间的相互作用开展了许多研究工作。通过激光加热材料表

面使其温度升高，当达到材料的熔点时将发生熔融现象；继续

加热材料表面温度达到汽化温度时，表面将发生汽化现象。然而，

由于激光加工远离平衡态，迄今仍未有一个清晰明确的理论能

够把激光与材料的相互作用机制解释得非常通透。

随后，又涌现了超强激光、超快激光、波长可调等新技术，

带来新的科学问题。例如，超强激光领域发现了激光 - 固体相互

作用新现象，基于强场量子电动力学效应，激光 - 固体相互作用

可以有效地产生稠密的正电子。当激光强度超过 1024W/cm2 时，

可以获得 >30% 的极化度。又如，针对波长可调性，激光 - 分子

 制造革新 2：能量与光学系统发展带动高效定制化

第二个制造革新是能量与光学系统的发展推动高效定制化

制造。包括大能量振镜、可调光斑、能量分布可调、多光束阵列

扫描等产品和技术领域的持续进展，也一并为高水平的智能制

造创造了更多的空间。

然而，该领域仍面临不少亟需解决的科学问题，尤其需要关

注的是研究大能量场、可变能量场，以及可调节能量场的作用下，

晶粒层面的变化及其可控性，因为晶粒的尺度决定了其核心性

能。具体来说包括如下问题：晶粒的高度细化、晶粒的可控生长、

晶粒的可控分布；材料成分、应力的可控复合；表面跨尺度结构；

细胞的可控生长等。总之，基础研究中应深入宏 - 微 - 纳跨尺度

及物理 / 化学 / 生物效应等交叉领域的研究。

以上这些科学问题继而引申出相应的技术问题：激光性能

定制技术、结构功能一体化技术、多光束制造与增材制造协同

技术，以及大光斑与高速扫描技术等。

这些技术问题催生出了一系列新应用需求。例如，新能源领

域的低碳激光处理、精密焊接 / 切割、激光转印、激光制绒等应

用；半导体领域的激光退火、激光掺杂、激光隐切、激光清洗等

应用；生命健康领域的人体组织精确烧蚀、双光子聚合微针、组

织增材制造等应用。诚然，新的行业需求，反过来又催生了对新

光源的需求。

图 4. 光学系统的发展（密度反射镜、能量分布可调、多光束阵列扫描等）

带动了高效定制化制造

制造

相互作用新现象则是通过选择合适的激光波长，将高质量的激

光光子能量通过共振选定分子基团的特定模式，定向耦合于选

定分子的化学键中，从而有效实现在分子量级的化学反应控制。

未来，该领域要不断攻克更多原创性、前瞻性与前沿性的

技术问题：原位力 - 电 - 光耦合下微纳器件制造技术（仿生、传

感）；激光新材料的合成与制备技术（激光造物）；柔性异质材

料分子间界面特性规律与制造技术（异种材料连接）；纳米面

形精度制造中的材料可控去除机理与加工技术（微纳减材）等。  制造革新 1：激光光源变革促生极限制造

当前，激光制造行业作为高新科技产业正不断释放出更多

的发展动能和活力，行业内持续涌现一批原始创新技术，创造了

一批变革性新产品，催生了系列高新技术产业集群，支撑创新驱

动发展战略。从激光产业的角度看，其对制造业带来的革新主要

体现在以下三方面：激光光源变革催生极限制造；激光系统发展

服务于高效定制化制造；复合能量耦合服务于精密调控制造。

制造领域的革新趋势

中国激光界/ 2023.12 11 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

探索实践

近年来，浙江工业大学在激光表面改性技术领域开展了大

量的研发工作并持续取得了突破和创新。激光表面改性作为新

一代绿色制造技术之一， 面向我国制造业转型升级的重大需求，

直接服务于重大装备高端部件的性能提升与国产化制造，成为

制造业转型升级的重要支撑。

图 5. 激光表面改性是制造业转型升级的重要支撑

激光强化、激光熔覆等表面改性技术在几十年的发展中经

历了不断的迭代更新，从光源到改性理论、工艺和控制等方面

都历经了从无到有、从有到好、从好到飞跃的阶段，推动激光制

造技术的高质高效发展，在工业领域实现产业化应用，并逐步迈

向更高水平的复合化、定制化、集成化、智能化发展。

在激光诱导空气等离子体冲击波清洗技术方面，浙工大团

队采用双光束激光诱导空气等离子体冲击波清洗工艺去除硅晶

圆表面的纳米颗粒。通过实验研究发现，多核等离子体冲击波

增强了作用在纳米颗粒上的水平滚动力，与传统清洗工艺相比，

该工艺中的未清洗盲区面积减少了 95%。同时，激光冲击波清

洗避免了直接的机械、液体和光接触，是纳米颗粒无损去除的

有效方法。

 超快新光源 -- 激光微纳表面改性

 激光诱导空气等离子体冲击波清洗技术

通过激光辐照清洗硅晶圆表面的实验研究，发现颗粒诱导

光场增强效应促进了基体与颗粒间的热膨胀差异，有利于纳米

颗粒的去除；理论数值模拟揭示颗粒增强近场光学效应是基体

表面纳米损伤的内在机理。

该领域开展的一系列研究工作表明，将激光能量选择性定

向耦合于选定分子的化学键中，有效地促进化学反应中的分子

化学键断裂，从而提高材料制备中关键基团的活性，助力材料

形核、生长、结晶等过程。例如将激光能量通过共振激发的方式

定向耦合于氨气分子中，能够提高其解离效率和活性氮原子的

 激光辐照清洗硅晶圆技术

 激光化学调控复合气体表面合金化

图 7. 激光辐照清洗装备与原理示意图

图 6. 硅晶圆表面双光束清洗效果

 制造革新 3：复合能场耦合支撑精密调控制造

在复合能场耦合支撑精密调控制造方面，首先，要关注光束

与其他能场之间的复合制造技术，包括激光 + 超音速复合制造、

激光 + 电磁场复合制造、激光 + 超声能场复合制造、激光 + 电

化学复合制造等，旨在突破单一能场调控极限。其次，要探索激

光加工与其他工艺之间的复合制造技术，包括多光束复合激光

焊接、激光增 / 等 / 减复合制造、激光 + 清洗复合制造、激光 +

抛光复合制造等，旨在持续突破非接触光加工的局限。最终目标

是达成激光与材料作用过程的可调可控，实现多能场、多工艺复

合的“1+1>2”的效果。

由此衍生的部分科学问题也不容忽视，如多激光束加热与

材料的作用机制；多激光束间频率、波长匹配及耦合机制；多物

理场下非均匀体复杂流变行为与表征；多能场下液态金属凝固

过程微观结构演变机制；激光与多工艺耦合机制及热裂行为和

热 - 力 - 流耦合作用下组织演化机理与预测等。

12 中国激光界/ 2023.12

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激光前沿 Laser Frontiers

随着激光器和光学系统的发展，不断涌现出万瓦级激光器

及大幅面光斑，光斑从固定式发展到可变式、随动式，使得复杂

构件的大深度、大面积激光表面强化成为可能。在这一领域，浙

工大团队在光学系统、材料、工艺三方面联合攻关，针对制造需

求设计激光头与光学聚集系统，集成专用成套装备，旨在实现高

效定制化激光固态相变。

高效定制化激光固态相变的技术需求包括重载、交变载荷、

长寿命，以及兼具强韧性等。但现有技术的局限性体现在激光

淬火深度有限（2mm 以内）、马氏体相变组织单一、表面硬而脆。

因此，亟需开发多热源激光复合固态相变工艺，其中的关键问题

包括：突破强化层深度极限，突破组织调控极限，以及实现大面

积替代（感应淬火，化学热处理，炉内加热等传统高能耗热处理

手段），最终目标是通过固态相变实现组织与性能的精密调控。

在多能场激光复合制造领域，浙工大团队创新性地提出了

超音速激光沉积技术、电磁场复合激光修复技术、电化学复合

激光沉积技术、超声场复合激光修复技术四大能场复合激光制

造技术。

电磁场复合激光修复技术利用电磁场与激光熔池流体相互

耦合，对内部的液态流动和成分元素等进行控制，实现对形貌、

缺陷、组织等的调控，以达到大幅改善零部件性能的目的。建立

了考虑稳态电磁场、缺陷、形貌变化的多物理场数值模型，揭示

了电磁场对熔池流动以及传热的影响机制。

在气孔调控方面，该工艺可以高效排出熔覆过程中由于空

心粉、外界气体引入和材料内部反应析出的各类气孔。仿真计算

及实验结果均表明，利用定向洛伦兹力的辅助，无需调整激光熔

覆工艺参数，即可有效调节熔覆层内的气孔分布，在铸铁基体上

熔覆空心粉仍能获得近 100% 的致密度。

图 10. 气泡在不同位置及不同洛伦兹力作用下的轨迹 (a) 前部（b）中部

（c）后部

在颗粒调控方面，电磁场作用下熔注层的颗粒分布密度提

高 3 倍，可实现增强颗粒分布梯度正反向灵活调控，获得功能

梯度涂层，提高后续加工性能。

激光复合微弧氧化表面强化是一种将激光加工与电化学加

工有效结合的复合加工技术，利用激光的热力冲击效应可以有

 电化学复合激光表面改性技术

 电磁场复合激光修复技术

超音速激光沉积技术将激光技术与超音速沉积技术进行复

合， 激光束对经由拉瓦尔喷嘴喷出的高速粉末和基体进行加热，

结合超音速沉积过程，在基体表面实现高效沉积，具有沉积效

率高、温度低、成本低、性能高等优点，是一种极具潜力的新型

 超音速激光沉积技术

图 9. 超音速激光沉积层微锻态组织

金属增材制造技术。建立了颗粒和基体作用模型，揭示了动能

场与激光同步耦合对材料弹塑性及撞击变形行为的影响，实现

了高致密度的涂层制备。

利用超音速激光沉积技术实现 Fe 基、Co 基、Ni 基、Ti 基

等合金及其复合材料的沉积和增材制造，材料沉积效率为单一

激光熔覆效率的 10 倍以上，沉积层热影响区≤ 9 µm，沉积层

呈现微锻态组织，物相和微观组织与原始粉末材料保持一致，

表现出优异的表面性能。今后，该领域的目标是实现该技术在高

端装备核心部件增材制造及再制造方面的广泛应用。

如今，新光源（如多脉冲、可调制等）也催生出新型的激光

抛光技术，可逐步替代手工、机器人等传统抛光方式。其中，激

光冷抛光的原理是，材料吸收光子后，表层材料的化学键被打

断或晶格结构被破坏，从而实现材料的去除。激光热抛光则利

用激光的热效应，通过熔化、蒸发等过程去除材料。

 激光抛光技术

图 8. 脉冲激光抛光效果对比

生成，促进氮扩散进程，提高渗氮效率和渗氮质量。

 光学系统发展——高效定制化激光固态相变

 多能场激光复合制造

中国激光界/ 2023.12 13 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

图 11. 激光复合微弧氧化技术原理示意图

效提高氧化效率，改善加工质量。相比于单一微弧氧化，采用激

光复合微弧氧化技术后，涂层厚度增加 40%，氧化后期的生长

速率提高 2 倍，有益元素含量显著提高，从而使复合涂层展现

出更好的耐磨、耐蚀性能。射流式激光同步复合微弧氧化作用

下涂层厚度与耐蚀性能得到显著提高，同时加工电压明显下降。

图 12. 超声场复合激光修复微观组织形貌对比图（a-b，无超声；c-d，超声）

技术展望

产业思考

针对新光源下的激光与材料相互作用亟需开展研究，例如：

新光源下材料电子级单元迁移及其能带结构改善方法、超快激

光亚飞秒 - 亚纳米制造与表征、飞秒激光光束整形与大面积表面

周期性结构快速制备等。

其次是极端环境下激光制造材料 - 结构 - 功能一体化协同

新光源和新技术的推陈出新也为“光”制造在更多新兴产

业中的大放异彩创造了广阔的发展机遇。例如在船舶与海洋工

程领域，高能量密度激光实现 超 厚船板（>50mm）精细聚焦

切割，突破了传 统切割加工极限，实现高精度、低损耗的快 速

加工。又如，在新能源电池领域，新光源有望改变新能源电池

纳米应变和晶格位移，改善电池电压衰减问题，提升电池续航

能力。此外，在民用航空领域，新光学系统促 进航空多孔复杂

结构一体化和轻量化的定制化 增材 制造，减 少零部件数 量并

降 低装配接触失 效；在国产化芯片领域，新光源助力芯片国产

化纳米刻蚀精密调控，有望解决芯片器件“卡脖子”问题，实现

中国芯片从“跟跑”到“领跑”的转变。

调控，例如深海腐蚀环境下的高性能复杂构件制造技术及材料 -

结构与性能的调控机理、太空高真空环境下的多材料多尺度结

构逐点 / 线 / 面 / 体控制的激光制造方法、高低温交变环境下

的材料组织演化与结构变形的精确调控技术、核装备强辐射环

境下的形状精度与性能指标冲突的破解机制及方法等。

同时，业界需要进一步探索和研究由新光源衍生的诸多变

革性制造技术，如超快激光加工、基于激光的高分辨率 3D 打印、

激光剥离、全息光刻、激光微纳加工等前沿制造技术。

还有一点不可忽视的是，高端激光制造装备作为工业母机

的典型代表，近年来正快速崛起。而未来需在该领域持续加大

研发力度，无论是激光制造装备的关键部件、核心单元等，致力

于开发出更多低成本、高效、灵活加工的“光智造”装备，实现

对发达国家先进水平的弯道超车。

最后，要关注多学科交叉融合下的校企协同创新发展，全面

提升科技创新能力，实现激光相关学科与产业的全链条协同创

新发展。

 超声振动复合激光修复技术

在超声振动复合激光修复技术领域，浙工大创新性地提出

了丝导超声复合激光制造新方法，实现了超声振动的高效引入。

研究表明，在施加超声振动后，激光熔覆层晶粒高度细化

且可形成等轴晶，同时微裂纹及气孔缺陷被显著抑制，硬度、耐

磨性和抗氧化性等性能均得到改善。随着超声功率的增加，熔

覆层的晶粒平均尺寸明显下降，同时晶体择优取向性降低。

此外，该方法可实现修复区综合性能的提升。在激光熔覆修

复中，超声作用下熔覆层常温和高温硬度、平均抗拉强度、平均

屈服强度及耐腐蚀性能均有所提升。未来，还需进一步探索超

声场对晶粒生长的约束作用以及微观结构演变机制。

减材制造方面，采用电化学复合激光抛光技术，能够提升电

解抛光的效果，实现均匀减材；同时，电化学耦合激光对材料表

面带来晶粒细化的效果，表面粗糙度相较于电化学抛光明显下

降。未来，还需进一步探索电解液流场、电场与激光光子的耦合

机制及增减材新效应等问题。

14 中国激光界/ 2023.12

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激光前沿 Laser Frontiers

激光微纳加工技术助力新一代高效太阳能

薄膜电池产业化

◎李伊妮，深圳市杰普特光电股份有限公司项目经理

太阳能电池技术从诞生至今已发展近两个世纪，太阳能电

池作为一种高效、环保、可再生能源，在未来的能源领域发展

趋势日趋重要。从太阳能电池的发展历程来看，产业界通常将

太阳能电池主要分为以下三大类：1）第一代为晶硅电池（多

晶硅、单晶硅电池）。目前该类电池的技术成熟度和商业化程

度位列所有太阳能电池之首，晶硅电池本身也经历过多次迭

代，从最早的铝背场电池，到后面的 PERC 电池，迅速占据市

场，成为当之无愧的市场主流，如今已接近理论效率天花板。

而自 2021 年起，与传统的 P 型单晶电池和 P 型多晶电池相

比，N 型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光

衰、弱光效应好、载流子寿命更长等优点。从目前技术发展来

看，P 型 PERC 电池已经迫近效率天花板，降本速度也有所放

缓。而 N 型电池效率天花板较高，电池工艺和效率提升明显加

快，未来转换效率提升空间更大。P 型电池开始向 N 型电池迭

代；2022 年可谓是 N 型电池的发展元年（以 TOPCon 和 HJT

为市场主导），目前 TOPCon 电池的扩产规模的规划约为

800GW，远大于 HJT。TOPCon 电池的快速发展，主要也得

益于激光工艺在其工艺链条中的应用。晶硅电池目前转换效率

的记录峰值为 26.8%，其理论效率极限可达到 29.4%。如何针

对这一理论极限值进一步突破？未来的发展路线是为晶硅电池

和钙钛矿电池设计叠层路线，这种叠层电池有望突破 45% 的

理论转换效率。

2）第二代太阳能薄膜电池是基于对能够节省原材料，实

现更好地经济效应应运而生的（包括碲化镉、铜铟镓硒、砷化

镓等），这类电池的理论效率值可达到较高水平，并且轻质、

应用场更灵活，但它们的活性层含有部分稀有元素和重金属元

素，且在设备国产化程度低、材料储量有限、大面积效率低、

新一代太阳能薄膜电池由于本身诸多优势，具有巨大的发展前景。就加工方式来看，由于激光具有非接触加工、区域选择性、加

工精度高、可调节性强、提高材料利用率、可有效控制热影响区等优势，如今在薄膜电池的制备流程中不可或缺，应用场景持

续拓展。本文主要介绍了近年来受到重点关注和研究的新型高效太阳能薄膜电池，相较于传统的晶体硅太阳能电池，新型薄膜电池

具有更大的效率提升空间且生产成本更低；同时，本文还对激光在薄膜电池加工过程中的作用机理、工艺效果、发展趋势进行了阐述。

高效太阳能薄膜电池技术进展

膜层透光性较差等因素制约下，难以实现大规模量产，且对环

境会造成一定污染，目前市场份额远小于晶硅电池。

图 1. 晶硅电池的发展经历了几代的更新与迭代

图 2. 钙钛矿电池自 2009 年首次制备问世，最初其光电转换效率仅 3.8%。

随着材料、结构、工艺等方面的持续优化，在 3 年左右便将效率记录提

升到了 10% 以上，6 年左右达到了 20% 以上。2023 年 7 月，单结钙钛矿电

池的认证效率记录提升至 26.1%，逼近今年所创造的晶硅电池 26.81% 的

效率记录。

中国激光界/ 2023.12 15 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

3）第三代新型太阳能电池包括钙钛矿太阳能电池（PSC），

染料敏化太阳能电池（DSSC），有机太阳能电池（OSC），

量子点太阳能电池等。这类电池具有原料储量丰富、成本低、

工艺简单且可柔性制备等优点，产业化发展潜力巨大，逐步走

向量产的阶段，是目前最受关注的第三代光伏太阳能电池类型。

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导

体作为吸光材料的太阳能电池。相比于晶硅和其它薄膜电池而

言，钙钛矿太阳能电池拥有显著优势。首先，它拥有更高的效

率。钙钛矿为人工合成材料，缺陷容忍度高，热复合效率损失少，

因此载流子寿命高，本身理论效率高，根据配方不同可调整带

隙，能够提高光谱利用率，实现更高的光电转化效率。

图 3. 钙钛矿电池能更好地吸收短波长，因此可作为顶电极与其它电池或

其自身结合制备叠层电池，通过宽带隙 + 窄带隙组合提高光谱利用率，

以实现更高的效率突破。

其次，更低的成本，制备工艺简单，流程短，从玻璃、靶材、

化工原料进入到组件成型仅需要 45min 且仅需在一个厂房内

即可完成所有制备工序。相较之下，传统的晶硅组件分为硅料、

硅片、电池片、组件四个生产环节，需要四个专门的工厂进行

生产，即使所有环节无缝对接，也要耗时 3 天以上才能完成生

产。同时，钙钛矿电池的材料杂质容忍度高，原料纯度要求远

低于晶硅电池，材料成本低，无需高温生产。

第三，更多的应用场景。钙钛矿材料具备良好的吸光性能，

膜层可以做得很薄，其材料特性给电池外观提供了丰富的开发

空间，譬如颜色可调、透光、柔性可弯曲等方面，同时也能保

证一定的发电效率。同时，钙钛矿电池更强的弱光发电能力也

能在室内、早晚等常见场景体现出优势。目前，钙钛矿电池在

光伏汽车一体化，光伏建筑一体化、柔性可穿戴、户外电站、

室内光伏等应用场景寻觅到广阔的发展空间。

自 2009 年起，钙钛矿电池的发展经历了多轮技术革新和

图 4. 钙钛矿电池在光伏汽车一体化，光伏建筑一体化、柔性可穿戴、户外电站、室

内光伏等应用场景寻觅到广阔的发展空间（从左至右）。

迭代。2009-2012 年为技术孕育期：每年全球有数十篇钙钛矿

领域论文发表，钙钛矿逐渐从染料敏化电池演变成全固态的电

池结构，效率处于较低水平约 10% 左右。2013-2019 年为技

术成长期：通过不断改进钙钛矿薄膜制备工艺、吸光层组分及

调整器件结构等方式，实现了转换效率由 10% 至 25% 的提升。

2020-2024 年为技术过渡期：随着研究者对钙钛矿认识的

深入和产业化进程的到来，它在转换效率和稳定性方面不断突

破；而实验室技术的逐渐成熟为产业化打下了坚实的基础，逐

步开始进行示范性项目，大尺寸产品生产、验证。除了受益于

国内钙钛矿科研成果突破，钙钛矿电池的快速发展也得益于国

内双碳相关政策对该赛道的加持背书。例如，工信部等六部门

推出的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》在聚焦钙钛

矿技术发展的前提下，进一步明确了对规模化量产能力的需求。

太阳能薄膜电池的具体发展目标为：2025 年实现重点行业和

领域低碳关键核心技术的重大突破 : 2030 年，进一步研究突

破一批碳中和前沿和颠覆性技术研发，其中包括高效稳定的钙

钛矿技术。

预测 2025 年之后可迎来技术成熟期：产线完整，产品生

产形成标准规范，产品稳定性，寿命，质量过关，产能提高，

市场全面铺开，技术走向成熟。现有的钙钛矿技术路线主要有

三种，分别是刚性单结电池为大多数，未来主要走电站、BIPV

路线；叠层电池，主要由晶硅玩家入局，与晶硅电池相结合，

实现更高的转换效率，工艺难度大；柔性电池，走消费电子、

室内光伏、柔性可穿戴路线，占少数。

激光在新一代薄膜电池中的应用

在钙钛矿薄膜电池制备的过程中，主要涉及 4 道激光加工

工艺，分别为 3 次选择性膜层刻蚀，即划线工艺（称为 P1、

P2 和 P3），以及一次全膜层去除，即激光清边工艺（称为

P4）。整片电池分割成 n 个子电池串联结构，旨在减少因为钙

钛矿材料的不均匀性而引起不同区域的性能差异对组件产生的

影响，同时能够增加组件的输出电压，减小组件的输出电流，

降低子电池间串联电阻和外电路电阻热损耗。

激光 P1 划线：激光刻蚀底部 TCO 膜层，形成相互独立的

16 中国激光界/ 2023.12

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激光前沿 Laser Frontiers

TCO 衬底；

激光 P2 划线：激光刻蚀 TCO 以上其它膜层，提供相邻两

节子电池的正负电极提供传输通道；

激光 P3 划线：沉积背电极后，激光刻蚀 TCO 以上其它膜

层，将子电池之间分离开；

激光 P4 清边工艺：激光清除掉电池边缘的沉积膜，防止

漏电，保证电池封装可靠性。

图 5. 反式结构的薄膜太阳能电池制造基本工序

图 6.P1 划线和 P3 划线之间的距离称为“死区”，死区对电池的发电没有

贡献，激光要发挥的作用是要尽可能减小死区的宽度，以增加有效区域。

钙钛矿电池采用激光进行划刻的必要性：

机械划刻作为传统的电池互连方式之一，尽管具有较高的

效率，在铜铟镓硒电池的 P2，P3 工序广泛应用。但也存在明

显的局限性，其中包括机械划刻为接触式，机械针针头会持续

受到磨损、寿命短、需要定期更换、边缘碎屑崩边严重、深度

控制精确度不够、线条一致性不好、死区大等劣势。因此，这

种划线方式完全不适用于膜层总厚度不到 1μm 的钙钛矿薄膜

电池。

图 7. 机械划刻（左）和激光划刻（右）的效果对比图

相较之下，激光划刻具有非接触式、易于维护、边缘热影

响小、易于控制刻划深度、线条一致性好、死区能做到更小等

优点，从而能够更精确、更清洁、更高效的完成划线工艺，并且

可以精确控制膜层的去除，且槽底部和边缘干净平滑。

针对脉冲长短的选择，纳秒激光器加工时热效应明显，存

在边缘粗糙、表面碎屑、加工速度慢等缺点；而采用以皮秒激

光器为代表的超短脉冲能够展现出高峰值功率、热影响小、刻

划边缘光滑，精度高等优势。在激光刻蚀过程中，皮秒激光能

聚焦到超细微空间区域，快速将材料汽化蒸发，避免了材料对

激光的线性吸收，能量转移，转化以及热量的存在和热扩散，

可以做到几乎无热影响，实现激光“冷”加工。

图 8. 皮秒激光加工效果

图 9. 这是 FTO 材料的光谱吸收率图，通常采用短波长的紫外光时吸收率

很高，更为合适。然而，由于 355nm 的绿激光一般是将 1064nm 的红外激

光通过倍频晶体倍频而来，在转换过程中会产生 40-50% 左右的功率损失，

因此，从成本经济性角度考虑，P1划刻工艺会选择使用 1064nm的红外激光，

而 FTO 对红外光也有一定的吸收。P2 膜层应当在 FTO 不被损伤的情况下

采用 532nm 的绿光进行划刻。P3 工艺则可根据膜层材料的吸收率和厚度

来选择合适的光源波长类型，通常也可采用 532nm 波长的光源去除膜层。

就激光器波长的选择来看，不同材料对不同波长的激光吸

收率各不相同，吸收率越高，所产生的热影响越小。

就划刻方向的选择，一般有两种方式：膜面直接划刻以及

透过玻璃面划刻。前者指的是将激光束聚焦于待去除膜层上方，

材料吸收激光能量气化后形成刻线，这种方法热影响效应较大，

容易形成“火山口”，需要精准控制工艺。透过玻璃划刻是将

激光束聚焦于玻璃与去除膜层的交界面，交界面吸收能量后将

膜层气化，体积迅速膨胀，形成“爆炸冲击波”，从而形成刻线。

这种工艺热影响区域较小，不易形成“火山口”，但需要的激

光能量更强，工艺窗口要求更高。

激光划线在保证薄膜组件实现整片电池分成 n 多个子电池

中国激光界/ 2023.12 17 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

图 10. 激光加工电池膜层时可能出现的工艺不良影响包括热影响区明显

（左上）、火山口 ( 右上）、底部碎渣毛刺（左下）、薄膜分层（右下）等

串联的前提下，应尽可能的压缩死区的宽度，而激光在作用于

膜层时，可能会产生热影响区明显、火山口、底部碎渣毛刺、

薄膜分层等工艺不良效果。

因 此， 死 区 控 制 以 及 对 加 工 效 果 产 生 影 响 的 一 系 列

因 素 除 了 上 述 提 及 的 激 光 脉 宽（ns/ps/fs）； 激 光 波 长

（355/532/1064nm）；加工方式（膜面加工 / 玻璃面加工）

外，还涵盖了相应的激光参数包括功率、光束质量、聚焦光斑

大小以及重叠率的选择等，以及后续的工艺效果如划线宽度、

热影响效应、火山口、P123 的线条划刻一致性、平行度等。

此外还要考虑的因素有光束整形以及加工时的粉尘处理等。

薄膜电池激光精密微纳加工解决方案

近年来，杰普特与产业伙伴联合创新，针对不同产能需求

和产品种类，成功开发出一系列用于薄膜电池高精度划线的激

光智能装备和精密微纳加工解决方案。其中包括：实验室及小

试线设备，百 MW 中试量产线设备等。

首先，薄膜光伏激光划线机（四合一设备）是钙钛矿行业

实验、小试线激光设备的首选。通过产品开发中前期阶段的小

幅面尺寸薄膜电池产品验证，能够实现低火山口、无热影响等

优质的加工效果。通过此薄膜光伏激光划线机可验证制备薄膜

组件的技术移植到大尺寸量产线上的可行性。此设备兼容膜面

及玻璃面出光 P1 ～ P3 激光划线和 P4 清边；采用科研级大理

石高速运动平台，保证系统稳定性、加工精度与效率；并且可

根据客户膜层材料的光谱吸收特性来选择不同波长的激光光

源。

图 11. 薄膜光伏激光划线机（四合一设备）是钙钛矿行业实验、小试线激

光设备的首选

其次，百 MW/GW 级别的薄膜光伏激光微加工划线机应

用于钙钛矿产品开发的中期阶段，大规模量产前中试线，适用

于产能要求高、加工范围大的大尺寸刚性钙钛矿电池组件的

P1、P2、P3 划线作业，可选红外、绿光与紫外皮秒光源，通过

光学系统的机械分多束光同时加工，极大缩短划线 CT，附带

多个辅助功能，有效确保划线质量。100MW 产能的中试线需

要 P1、P2、P3、P4 各一台独立的自动化激光划线设备，杰普

特百 MW 激光划线设备根据产能不同可提供单台设备 8 － 16

路激光分束同时加工。

图 12. 激光划线效果（左上 P1、右上 P2、左下 P3），以及激光清边效果（右

下 P4）

该设备的其他核心优势包括：激光加工过程中产品静止，

保证加工区域平面度；各光路焦点、间距自动调节，精度

±1μm；加工速度 0.8-3m/s，3g 加速度；机械分光的光学设

计能够保证各光路的功率一致性，差异远小于 3%，能够在大

幅提高加工效率的同时保证划线效果的一致性和稳定性；搭配

高度跟踪、轨迹追踪、功率检测、死区监测等辅助功能，保证

大幅面划线的工艺效果，最大程度降低死区宽度，自研软件 UI

界面友好，功能齐全操作便捷，能根据客户需求进行迭代升级；

对于 P2 线宽要求较宽的客户，也有自研空间光整形技术，可

实现大线宽快速划刻，压缩 CT。

值得一提的是，2023 年杰普特成功赢得了首个百兆瓦

级别的订单，与某钙钛矿光伏电池领军企业合作，为其打造

100MW 钙钛矿光伏电池量产线激光划线全套设备，这标志着

杰普特钙钛矿光伏电池激光划线技术进入新的里程碑。

18 中国激光界/ 2023.12

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激光应用 Laser Applications

先进激光光源与先进制造应用发展

◎ 唐霞辉，华中科技大学激光加工国家工程研究中心

如今，激光技术的发展已经愈发成熟，一方面功率不断攀升，光纤激光器功率突破 100kW；一方面精细度不断提高，皮秒、飞

秒激光技术的逐步成熟和产业化。多维度的发展势必会壮大许多产业，甚至孕育出更多新兴产业。本文主要介绍激光先进制造

所用激光器的发展动态和趋势。

激光产业发展迅猛 应用领域持续拓宽

激光产业链从上游 - 中游 - 下游 - 终端，可分为四大环节：

上游：核心器件，包括激光芯片、泵浦源、特种光纤、晶体材料、

光学元器件；中游：激光器，包括半导体激光、光纤激光、超

快激光等；下游：激光切割、激光焊接、激光打标、激光清洗、

激光熔覆、激光 3D 打印、激光显示、激光测量、激光武器等；

终端客户包括汽车制造业、3C 电子、专业钣金加工、航空航天、

新能源 / 光伏、轨道交通、船舶重工、工程机械、生物医疗、

军工集团等。

激光制造已然成为发达国家积极抢占的战略制高点。例如

在中国，随着以“十四五”规划和 2035 年远景目标为指引的

发展战略的不断落实，激光制造正加快推动中国制造业实现转

型升级。

作为国内最大的光电器件基地、光通信技术研发基地和最

大的激光产业基地之一，武汉·中国光谷目前的光电子信息产

业规模超 5500 亿元。同时，光谷也是我国激光技术研究、激

光产业和激光专业人才培养重要基地之一，这里聚集了逾 300

家激光企业。早前，湖北省人民政府印发《加快“世界光谷”

建设行动计划》，提出到 2025 年，“世界光谷”地区生产总

值达到 5000 亿元，光电子信息产业规模达到 7000 亿元，带

动武鄂黄黄（武汉、鄂州、黄冈、黄石）光电子信息产业规模突

破 1 万亿元，携手打造世界级高新技术产业集群。到 2025 年，

光谷激光企业产值达到 1000 亿元；到 2035 年，激光企业产

值达到 3000 亿元。当前，武汉正在打造的“965”产业集群（9

大支柱产业、6 大战略新兴产业、5 大未来产业），激光产业

图 1. 激光加工在航空航天、新能源 / 光伏、轨道交通、船舶重工、工程 作为新型战略型产业被涵盖在内。 机械等行业的应用场景持续拓宽

光源领域的创新与进展

当前，低速光学芯片和电动芯片一般都是中国制造，但

高速光学芯片仍依赖进口。国外最先进芯片的生产精度是

 集成电路用高功率 CO2 激光器

 极紫外驱动光源

10nm，而我国只有 28nm，落后两代。据报道，在计算机系统、

通用电子系统、通信设备、存储设备、显示和视频系统等多个

领域，中国制造的芯片占比为 0。

2017 年，ASML 推出全球第一台量产的极紫外光刻机，

在芯片制造领域发挥着至关重要的作用。2021 年该公司推出

中国激光界/ 2023.12 19 www.chinalaser.org

Laser Applications 激光应用

 基于晶圆激光退火应用的射频板条 CO2 激光器

晶圆激光退火是芯片制造的关键技术之一，其主要使用的

是高精度、高稳定性的大功率射频板条 CO2 激光器。毫秒退

火是近年来的最新技术，这种方法将晶圆加热到仅低于硅的熔

点，为 1100-1350℃，而加热时间仅为几百微秒到几毫秒之间。

该方法主要包括闪光灯退火以及激光尖峰退火。闪光灯退火主

要采用一排闪光灯在一瞬间对晶圆进行照射；激光尖峰退火的

原理是：长波长的 CO2 激光器产生激光束，并通过一定的整

形形成线光束，以掠射角照射到晶圆表面。对于 28nm 以下节

点的集成电路退火，主要采用射频板条 CO2 激光器进行激光

退火。

华中科技大学是目前国内唯一具有研发和制造能力 3.5kW

射频板条 CO2 激光器的科研单位，针对高精度射频板条电极

设计与加工、大功率射频电源设计与开发、非稳波导混合谐振

腔、匹配网络与并联谐振技术、光束整形设计和射频气体放电

理论与参数测试开展了大量科研工作。

图 2. 激光尖峰退火示意图

高功率、高光束质量是实现半导体激光器加工直接应用的

重要技术指标。为了提高半导体激光器输出光功率，需要采用

最适宜的合束技术来提高半导体激光源的亮度及光束质量。

针对高功率红外半导体激光器，当采用常规合束方法时，

其外部光学集成，易实现上万瓦高功率，但光束质量较差，

目 前 亮 度 达 76MW/cm2

/sr (3000W/20mm*mrad)； 如 采

用光谱合束，外腔反馈光谱窄化及调节，光束质量有较大提

升， 目 前 亮 度 达 3.9GW/cm2

/sr (4700W/3.5mm*mrad)；

采用高光束质量单元与光谱合束结合方法时，光束质量近

衍射极限，功率待进一步提升，目前亮度达 10GW/cm2

/sr

(360W/0.6mm*mrad)，是获得万瓦级、高光束质量输出的

有效途径；当采用高光束质量单元与光谱合束单片集成方法时，

芯片内部光谱窄化及调节，结构更加稳定简化，强化了半导体

激光器的环境适应性。

 半导体激光光源

 高功率红外半导体激光器

 蓝光半导体激光器

波长 400~500nm 范围的蓝光半导体激光器，具有稳定性

高、电光效率高等优点，广泛应用于激光加工（如铜、金）、医疗、

水下探测、照明、激光泵浦等领域。高功率蓝光半导体激光旨

在解决以纯铜、纯金、高强铝为代表的高反射高导热材料激光

先进制造问题。蓝光吸收率是常规红外激光器的 5-10 倍，激

光焊接时可达到无飞溅、无气孔、焊缝一致性成形好等优点，

它也适用于电力输送、动力电池和航空航天燃烧室等 Cu 焊接

或 3D 打印等应用中。

蓝光合束方法主要包括空间合束、偏振合束、波长合

束、光谱合束、光纤合束。其中，空间合束、偏振合束和光

纤合束是在工业领域应用较多的手段。通过空间合束和偏振

合束可以实现 500W，1000W 的蓝光激光器。就高亮度蓝光

光纤耦合模块而言，500W 模块的光纤≤ 400μm/0.22NA；

图 3. 从 a 到 e 依次为：空间合束、偏振合束、波长合束、光谱合束、

光纤合束的示意图

(a)

(d) (e)

新一代光刻机，造价 1.5 亿美元，且对我国限制出口，是典型“卡

脖子”领域。

高功率高重频脉冲 CO2 激光器作为极紫外驱动光源具有

更高的转化效率 (3%-6%) 和产生更少的碎片，是目前极紫外光

刻机量产设备的唯一方案。

在该领域，需要突破的关键单元技术包括：高损伤阈值声

光开关器件、电光器件技术、高损伤阈值精准相位控制镜片镀

膜技术、自适应镜片光学保偏镀膜与性能测试、基于相位控制

的防反射器件设计等。

华中科技大学针对高功率脉冲 CO2 激光器开展了多项攻

关工作，其中包括脉冲 CO2 种子源、基于射频板条的 CO2 激

光预放大、基于射频激励轴快流的 CO2 激光主放大等技术和

工艺的研发。同时，针对高功率脉冲 CO2 激光器在极紫外光源、

光电对抗、电路板钻孔等应用领域开展了相关研究。

(b) (c)

20 中国激光界/ 2023.12

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激光应用 Laser Applications

图 4.MOPA 结构高功率多模光纤激光器原理图

 超快激光

近几年，超快激光技术经历了重大革新和迭代，超快激光

器在微电子、3C /5G、穿戴式电子设备、医疗装备、航空航天、

新能源汽车、光伏、OLED 等现代显示行业、增材制造、生命

科学、科研领域拥有更多元化和创新型的应用潜力。超快激光

提供了前所未有的极端制造与精密制造潜力，在攻克常规工艺

难以实现的高、精、尖、硬、难等加工瓶颈方面独树一帜。

图 5. 超快激光提供了前所未有的极端制造与精密制造潜力

可见光激光在生物医学、精细加工、水下通信、光学存储、

光谱学等领域有非常广泛的应用。LD 作泵浦源能使固体激光

器具有体积小、重量轻、寿命长、效率高、光束质量好、易通

过阵列化、模块化来实现高功率激光输出等优点。

以掺镨激光器为代表的蓝光泵浦的可见光激光器可以高效

的产生蓝光、绿光、橙光、红光和深红光激光，避免了倍频晶

体的使用，稳定性好，腔体结构紧凑。

 高功率光纤激光器

在众多光源产品中，光纤激光器以其优异的电光转换效率、

卓越的性能、最小的维护需求、节能环保、持续拓展的应用场景、

优异的光束质量以及更高的稳定性等诸多优势颇受青睐。高功

率光纤激光器主要指单脉冲功率在 1.5kW 以上的光纤激光器，

特殊的高功率光纤激光器单脉冲功率甚至可以达到 10kW 以

上。

2022 年，中国光纤激光器市场总营收为 120 多亿元，同

比增长 3.7%-11.7%。2019 年以来，高功率光纤激光器频出，

尤其是万瓦级激光器，12kW、15 kW、20kW、100kW……为

板材加工市场带来一次又一次冲击。

光纤激光器的核心光学器件如泵浦源、有源光纤、合束器、

光栅均在中国已陆续实现了批量化生产制造。今后，工业应用

对于高效率、加工能力、加工精度的持续追求，将推动光纤激

光器迈向更高亮度、更高功率、更短脉冲的发展征程。

 可见光激光器

表 1.976nm 更高泵浦效率及更短光纤

相较而言，976nm 比 915nm 泵浦的光电转化效率提高

25% 以上；12kW 的 976nm 比 915nm 产品成本低 10% 左右。

未来，国内的光纤激光器厂商亟需在大功率激光芯片、半

导体激光泵浦源（如 976nm 泵浦技术的工业化应用）、特种

光源 / 光纤设计；光学器件制造和工艺等领域不断攻关。此外，

要持续提升激光器的光电转换效率、光束质量等关键指标和产

品性能，还需要快速应对终端多场景技术变革，例如当前如火

如荼的新能源、电子、汽车等自动化产线多种应用的需求。

1000W、1500W 模块的光纤≤ 800μm/0.22NA；功率稳定

≤ ±2%；1500W 模块，光纤≤ 800μm/0.22NA；功率稳定

≤ ±2%；。

蓝光复合技术主要包括蓝光 + 光纤复合、激光焊接机器人、

焊接过程视觉检测、焊接位置跟踪等工艺的结合。通常情况下，

高功率蓝光激光加工头，其功率承受能力≥ 1500W，焦点光

斑直径≤ 1mm；复合应用激光加工头总承受功率≥ 6000W。

高功率蓝光半导体激光焊接应用上，结合蓝光激光的高吸收率

和光纤激光器的高功率，能够获得理想的焊接效果。此外，蓝

光 / 红外耦合的双激光选区熔化增材制造也引发不少关注。

Coherent/Nufern 推出 MM-YTF-34/460/530 多模三包

层掺镱光纤。传统的大模场（LMA）光纤输，受限于光纤光栅

腔镜，无法使用 30μm 以上的低数值孔径（NA）光纤制作高

功率光纤激光器谐振腔。主振荡功率放大（MOPA）技术是提

升单根光纤输出功率水平的一条可行技术路线。同时提供匹配

使用的无源三包层光纤 MM-GTF-34/460/530，方便用于光纤

合束器的制作和高功率匹配光纤输出。MM-YTF-34/460/530

适合于 MOPA 结构的高功率多模光纤激光器，能够实现高达

5kW 甚至更高输出。

2022 年国内工业超快 1000 余台，其中国内激光器占比

中国激光界/ 2023.12 21 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

22 中国激光界/ 2023.12

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激光应用 Laser Applications

 高功率光纤激光厚板切割及高速切割

当前，激光切割已占据大约 70% 的激光加工市场，20%

为激光焊接，约 10% 为其他工艺。2021 年激光切割仍是最大

应用市场，并且向万瓦级高功率持续迈进，超 600 家从事激光

切割装备制造的企业纷纷加入光纤切割阵营。

对于厚板而言，其切割、穿孔能力均突破 80mm，切割效

率和断面质量也全面提升中。高功率激光器切割中，氧气作为

图 6. 从切割效果来看，15kW 光纤激光器进行切割工作，可有效改善工件

锥度

图 7.15kW 碳钢小孔切割，可以看出氧气碳钢高功率小喷嘴高速亮面切割，

板材上层条纹及下层拖曳线均过于粗糙

“焊”出美观与精准

激光拼焊技术、热压成型技术等先进的加工制造工艺直接

决定汽车轻量化应用。通常情况下，前纵梁采用激光拼焊技术，

 新能源汽车轻量化的激光焊接

图 8. 如今，汽车板拼焊的应用场景越来越多，需求量亦越来越大，包括

汽车门内板、底板、立柱等不等厚钢板的拼焊中

 动力电池激光焊接

预计到 2025 年，全球新能源汽车销量将超 1500 万辆；

到 2030 年全球新能源汽车销量将达 3000 万辆左右。全球新

能源动力电池装机量需求到 2025 年预计达到 1000GWh，到

2030 年预计达到 2400GWh。另据相关数据统计，激光技术

在动力电池制程中发挥核心作用，如果以激光设备占整线价值

量投资比例为 30% 计算，2025 年激光锂电设备的需求规模约

为 430 亿元，市场空间巨大。

汽车动力电池主要包括方形电池、圆柱电池以及软包电池

这三种形式。可焊接部位包括盖板防爆阀焊接、极耳与极柱焊

接、壳体焊接、注液孔焊接，模组连续片焊接等。

总之，需要对切割速度、激光功率、辅助气体、焦点位置、

喷嘴特性及材料材质性能等工艺参量进行合理有机的控制，倘

若参量把握不准，其切割精度和切割质量都会受到很大的影响。

50% 以上。今后，超快激光领域的研发重点包括提升光源的输

出功率和能量，不断改善光束工艺和质量，飞秒和皮秒激光光

束的光纤传输，紫外和深紫外的频率转换；进一步开发高功率

和高能量的组件，过程监控和控制，以及进一步攻克光纤种子

源、光子晶体光纤、泵浦源、激光二极管、压缩光栅、保偏光纤、

脉冲调制器件、放大技术等领域的技术瓶颈。

辅助气体，通过使用不同功率配合不同厚度板材切割，以获取

光滑平整的切割断面。

切割厚度从以往的 25 mm 瓶颈，逐渐突破了 40 mm、

60 mm、80 mm，甚至更厚。然而目前，在切割大于 60 mm

厚度的材料上，穿孔、稳定切割和锥度大小的控制，是亟需进

一步攻克的问题。

在使用较低激光功率进行氧气碳钢切割时，通常建议用户

不要切割小于板材厚度的圆孔，一般情况下等于板材厚度甚至

是板材厚度的 1.5 倍，随着切割、穿孔效率的提升，辅以合适

的喷嘴，可以进行厚板小孔的加工。

车身零件数量可减少约 25%，质量减轻 20%，抗扭刚度提高

65%，振动特性改善 35%，并且大幅增强了弯曲刚度。同时，

要进一步攻克铝质材料与钢铁材料的激光拼焊形式，以保证对

重要位置的强化等。

中国激光界/ 2023.12 23 www.chinalaser.org

Laser Applications 激光应用

高功率激光再制造应用

针对航空、汽车、钢铁、石油化工、能源、发电等不同工

业领域失效零件，亟需开发相应的增材修复与再制造的控形控

性工艺与装备；研制固定式和移动式激光修复集成装备及其在

海陆空的综合应用；研究高功率半导体激光光束传输聚焦热源

特性，以及探讨在局部约束条件下激光能量吸收机制和关键部

件修复再制造工艺难题。

图 11.EHLA 完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度

高，被视为先进环保的再制造加工技术。（Credit：Fraunhofer ILT）

得到了广泛应用。

从激光拼焊的典型应用来看，主要包括门内板，立柱，前

纵梁等。例如以门内板为例，需要在其前部安装车门铰链的地

方，需另外设计一块加强板。而新设计的激光拼焊门内板，则

将板厚或强度不同的钢板直接焊接在一起。这彰显出不少优势，

一个是废料减少，另外是重量减轻。在激光拼焊技术领域，德

国蒂森克虏伯（ThyssenKrupp）可谓是佼佼者，该公司在产

品质量、稳定性、可靠性、批量生产等方面都是市场引领者。

例如，由于工业电镀存在污染环境、危害人体的缺点，因

此采用激光熔覆技术作为工业镀硬铬技术的有效替代方案。然

而，由于常规激光熔覆技术的表面速率低，熔覆层不够光滑等

缺点，需要探索一种可以弥补常规激光熔覆技术缺陷的高速激

光熔覆技术。高速激光熔覆技术主要包括激光技术、送粉技术、

监控技术和材料工艺技术。

由 德 国 Fraunhofer ILT 开 发 的 超 高 速 激 光 熔 覆 技 术

（EHLA）具有替代当前腐蚀和磨损保护方法如硬镀铬和热喷

涂的潜力。EHLA 的原理是通过激光融化金属粉末，从而在金

属件表面形成涂层。这种涂层能有效保护金属件免遭腐蚀和磨

损，延长其寿命。普通的激光熔覆技术速率是 0.5-2m/min，

而超高速激光熔覆技术可达到 50-200m/min，镀层速度至少

提高了 100 倍。EHLA 其他优势还包括可以在零件表面制备大

规模的同成分涂层，从而有可能生产出在生命周期内不会磨损

的创新零件。据悉目前，Fraunhofer ILT 的研究人员已经将二

维超高速激光材料沉积 EHLA 技术转移到改进的五轴 CNC 系

统，用于复杂零部件的增材制造。通过将 EHLA 工艺扩展到三

维，可以快速且精确地 3D 打印工具钢、钛、铝和镍基合金等

难焊材料。

图 9. 蓝光激光在各电池部件上的焊接应用

当涉及汽车镀锌钢板焊接时，锌蒸气和锌等离子体是激光

深熔焊接镀锌板过程中存在的两种主要焊接特征，其对焊接过

程产生重要影响。镀锌板搭接焊时搭接板间隙中的锌蒸气将流

向熔池部位，干扰熔池液相流动，从而造成孔洞、气孔与飞溅，

甚至出现严重的咬边等现象。车厢激光填丝钎焊，叠焊时预留

板间间隙便于锌蒸气的逸出，间隙在 0.1-0.2mm 之间。目前，

通快的 Bright Line 焊接技术，相干的 ARM（可调节环形光斑

模式）技术，IPG 和 Laserline 的多光点模块激光钎焊技术等

 汽车镀锌钢板焊接

图 10. 德国蒂森克虏伯公司在激光拼焊技术上处于全球领先地位

24 中国激光界/ 2023.12

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激光应用 Laser Applications

◎张晨阳，武汉华工激光工程有限责任公司

“废料切断”一直是激光整板切割的一个“老大难”问题。许多激光切

割从业者经常遇见零件粘连在板材上，没有完全分断；或是剩余废

料整体与零件错位，而废料本身庞大，无法移动，导致零件卡在其中（如图 1-

图 3 所示）。鉴于此，这些情况会给现场人员的分拣工作带来巨大麻烦，加工

效率也受到限制，因此引入合理的废料分断手段成为激光加工行业的“燃眉之

急”。

传统套料方法的弊端

新型套料软件：提质增效

图 2. 传统废料方案裁断产生的废料边框

图 1. ( 上）没有裁断产生的废料边框；

图 3.（下）传统废料方案裁断产生的废料边框

行业内常见的处理方法是在套料软件内部，在切割前 / 切割后规划好废料线刀路，在零件切割时自然破开废料边框，但是这种方法

较“理想化”，因为废料线是提前生成好的，一旦板材发生形变或者错位，很容易切坏零件。当加工厚度超过 10mm 的板材时，该问题

尤为明显。切割厚板需要更大功率的激光设备，产生的热量会使得局部区域发生明显的热变形，切割后周围区域的形变量会使得预先

或者最后切割的废料线交错，导致切割到零件；可以说原有的废料线方案本身并没有考虑到实际的生成需求，罔顾形变量、热效应等在

切割过程中带来的影响，因此无法处理四边边框，存在分拣难的问题；再加上因钢板本身存在弯曲状态以及切割过程中零件与板材分

离产生的应力释放，极易出现小块废料翘起“打”到切割头的情况，轻则喷嘴、保护镜报废，重则切割头受损，部件损伤会导致切割加

工频繁停止，降低生产效率。

现有的常用套料软件诸如 CNCKAD、LANTE 等提供的废料分断方案都存在无法完全分断板材，且在切割厚板时造成零件损伤的

情况。为了保证不切伤零件，同时尽可能破碎边框，并且确保分拣效率，需要寻求新的技术路径并且兼容现在的自动化生产流程。

华工激光自研的 HGNEST 套料软件具有完备的套料相关功能，涵盖零件导入、工艺层分层、工艺参数设置、引线、切割方向、切割

起点修改、自动排版、生成 G 代码等方方面面功能。其独有的废料分断算法通过调整废料线插入顺序，优化废料线切割顺序，重构废

料线生成规则，新创废料线切割方式，实现废料线的合理分断。经过实际测试可达到 95% 以上分拣率，并且未出现切伤零件的情况（如

图 4、图 5），满足绝大多数自动化项目的分拣要求，从而实现整个环节的自动化与智能化。

华工激光自主研发的 HGNEST 将废料线定义为两类，一类是在板材上以固定间隔的形式贯穿整张板材而设定的废料线，称之为定

长废料线；另一类是从零件端点出发向周围发散从而构成的废料线，称之为端点废料线。根据不同的应用场景，可选择不同的废料线一

自研套料软件为废料分断再增效

26 中国激光界/ 2023.12

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激光应用 Laser Applications

图 4. HGNEST 废料方案裁断切割效果

结语

如今，“自动化产线”、“智慧工厂”已然成为制造业趋势，保证自动化流程的连续性和稳定的生产流程十分关键，合理的废料分断

算法是其中重要的一环，自研优化后的套料软件为废料分断再增效。华工激光将以更先进的技术和洞察，为客户提供更全面、高效的服

务，持续走“行业领先、国产替代、专精特新”的创新研发之路。

图 5.HGNEST 废料方案裁断切割效果 图 6. HGNEST 废料分断功能使用流程

般定长废料线设置的间隔为板材尺寸的十分之一。为确保废料线切断时处于刚好切断又不伤零件的地步，废料线不能贴合零件边缘，要

留下割缝宽度的间隔，该间隔被称为废料线与零件间距，一般设置为割缝半径，即刀补值。因为板材尺寸往往偏大，如果按照设定的板

材值进行边框废料线切割，往往不能完全裁断，所以需要设置板材过切长度，增加过切线保证板材完全分断。

中国激光界/ 2023.12 27 www.chinalaser.org

Market Report 市场报道

全球医用激光器市场规模 2032 年预计达到

223.4 亿美元

◎本文由本刊编辑部编译及整理

据海外市场调研机构称，2022 年全球医用激光器市场规模

为 54.8 亿美元，到 2032 年将达到 223.4 亿美元。医用

激光市场的主要驱动因素包括：随着全球老年人口不断增加，

与年龄相关的眼科、皮肤科和美容手术的数量也持续攀升；对

无创手术的需求不断增长；慢性疾病的患病率激增；对先进激

光诊疗手段的接受度持续提高；激光在医学和外科领域的应用

不断增长，而工业、科学和医学领域的从业者和创新者之间的

多维合作正在推动其研究。

随着激光技术在精度和安全性方面不断提高，其在医学领

产品亮点

图 1. 当前，激光器在医疗领域的应用版图正持续扩大。

根据产品类型，医用激光器市场大致可分为二极管激光

器、固态激光器、气体激光器和染料激光器等。由于其在美容

手术和光动力治疗方面的广泛应用，二极管激光器细分市场在

2022 年占据主导地位，营收份额为 43.8%。二极管激光器在

皮肤科和牙科领域最受青睐，因为与其他光学微波激射器相比，

它们尺寸小且运行功率较低。

由于在皮肤科领域的高利用率，固态激光器领域在预测期

内将以 15.9% 的最高 CAGR 增长。该细分市场进一步分为二

氧化碳、氩、氪、金属蒸汽、氦氖以及准分子激光器，广泛应

用于牙周病学、纹身去除、皮肤治疗以及静脉曲张切除治疗等

领域。

应用市场亮点

根据不同应用，医疗激光系统市场可划分为皮肤科、眼科、

牙科、妇科、泌尿科、心血管科等。皮肤科细分市场在 2022

年以 24.2% 的最大收入份额主导市场。医用激光系统在皮肤科

和美容领域的部分应用包括光子脱毛、纹身去除、皮肤紧致、

皮肤复原、疤痕修复、减脂、 血管病变治疗等。当前疗法的使

用有望得到发展。自首次用于皮肤科和整形外科以来，其用途

已从良性皮肤病变发展到色素性病变，目前被用于治疗原发性

和转移性疾病，包括鳞状细胞癌和恶性黑色素瘤。该领域的其

他板块还包括骨科、伤口愈合、生物传感和普通外科。

在 2023 年至 2030 年的预测期内，医疗激光系统在心血

管领域预计将以 17.7% 的最高 CAGR 增长。这是由于心脏病、

图 2. 激光皮肤修复能实现改善肤色，质感并缩小毛孔，以及抚平粗糙的

皮肤和痤疮疤痕等功效。

年龄相关性黄斑水肿、冠状动脉梗塞、心脏骤停和动脉疾病的

患病率不断上升。在心血管疾病的治疗方面，激光技术同样大

有用武之地。譬如，近年来一种被称为准分子激光冠脉消蚀术

域的应用必将进一步拓展，以继续提供更安全的诊疗和更高的

患者满意度。在现代医学中，随着人们对微创治疗方式的兴趣

日益浓厚，激光技术在医疗领域的应用愈发引人关注。

譬如，包括癌症、心血管和眼科疾病在内的慢性疾病的患

病率不断上升，提出了对先进诊疗替代方案的需求。当前，患

者正在积极寻求创面更小的治疗方案，旨在最大限度地减少疤

痕、减轻疼痛并加快康复过程。鉴于此，医用激光系统已然成

为一种有效的解决方案，可提供精确且有针对性的干预措施，

尽可能减少对周围组织的损害。同时，全球人口老龄化导致与

年龄相关的疾病患病率更高，包括白内障、黄斑变性和皮肤病

等。因此，医用激光系统在这些疾病诊疗中的应用激增，从而

推动了对激光系统的需求。

此外，机器人技术与医用激光器的集成也日益受到关注。

机器人系统可以提高手术精度并扩大医用激光器在各个专业领

域的应用。同时，业内正在开发可以根据组织状况实时调整激

光参数的智能传输系统，这些系统旨在优化治疗结果并降低并

发症的风险。

28 中国激光界/ 2023.12

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市场报道 Market Report

图 3. 准分子激光冠脉消蚀术采用短波长的冷激光，以脉冲方式发射，并

通过光化学效应、光热效应和光机械效应三种原理达到治疗效果。

2022 年，医疗激光系统在眼科领域获得可观的收入份额。

它们被广泛用于视力矫正手术（LASIK、PRK）以及青光眼和

糖尿病视网膜病变等各种眼部疾病的治疗。例如，准分子激光

原地角膜消除术（LASIK）是利用准分子激光通过对角膜瓣下

基质层进行屈光性切削，从而降低瞳孔区的角膜曲率，达到矫

正近视的目的，该手术每年能够让许多人恢复视力。当前，飞

图 4. LASIK 手术使用准分子激光通过对角膜瓣下基质层进行屈光性切削，

从而降低瞳孔区的角膜曲率，达到矫正近视的目的。

在 2023 年至 2030 年的预测期内，医疗激光系统在妇科

领域将以可观的 CAGR 增长。激光在妇科领域主要用于治疗

与生育、阴道状况和辅助性放疗相关的问题。除此之外，医疗

激光系统还适用于牙科领域的软组织手术、牙周治疗、牙齿美

白和激光辅助空腔检测。例如，当半导体激光用于牙周手术时，

一般无须翻瓣，且对牙周袋产生良好的消毒作用。采用半导体

激光的牙周手术能减少患者的疼痛，并且只需较少的缝合。同

时，在牙龈与黏膜手术中，半导体激光与传统手术方式相比也

具有不少优势，譬如它可用于系带切除术、前庭沟成形术等手

术治疗，并且半导体激光也可应用于桥体预备。

区域分析

2022 年，医疗激光系统在北美市场的份额最大，达到

45.9%。该地区的特点是医疗基础设施先进、医疗支出高，同

时该地区癌症、心血管疾病和糖尿病等慢性疾病的发病率很高。

医用激光系统能够提供有效的治疗方案，其特点是微创诊疗、

靶向治疗和加速恢复时间。

预计亚太地区在预测期内的 CAGR 将达到 16.7%。亚太

地区许多国家正在经历快速的经济增长和城市化进程，随着中

国、日本、韩国、印度和澳大利亚等国不断扩大的医疗基础设施，

这有助于该地区创新产品和技术的开发，同时增加了政府和个

人的医疗保健支出，导致对包括医用激光系统在内的先进医疗

技术的投资攀升。此外，该地区癌症、心血管疾病和糖尿病等

慢性疾病的患病率也不断上升 医用激光器是诊断和治疗这些疾

病的重要工具。 而亚太地区的一些国家由于能够以较低的成本

提供高质量的医疗服务，该趋势增加了对医疗激光治疗的需求，

包括美容和牙科手术等。

市场动态与影响因素

尽管医用激光器通常是安全的，但仍存在一定程度的副作

用或并发症的风险。此外，部分基于激光的皮肤科手术可能不适

合具有特定皮肤类型或状况的人，从而限制了潜在的患者群体。

（Excimer Laser Coronary Atherectomy，ELCA）的技术

问世，ELCA 采用短波长的冷激光，以脉冲方式发射。该技术

主要通过光化学效应、光热效应和光机械效应三种原理达到治

疗效果，即通过发出高能量脉冲引起细胞的碳键断裂，释放的

能量使细胞内水温升高致组织汽化产生压力，通过迅速膨胀和

收缩导致组织的崩解，消蚀斑块物质，以达到改善冠脉血流的

效果。通过消蚀病变血管内斑块，ELCA 技术适用于复杂性日

益增加的冠状动脉介入手术。

秒激光器在眼科领域的使用正持续增长中。这些激光器可以实

现白内障手术和角膜手术的精确微创手术，为患者提供更好的

治疗效果。

 限制因素：与某些皮肤类型不相容且存在副作用等风险

 机遇：通过个性化医疗扩大应用版图

 挑战：缺乏熟练的劳动力

医用激光器可应用于各种医学专业，包括眼科、皮肤科、

泌尿科、牙科和肿瘤科等。持续的研究和开发有助于发现新的

应用和治疗方式，从而为市场创造扩张机遇。此外，激光技术

可以根据患者的个体需求进行定制，从而实现个性化的治疗计

划和效果。目前，小型化和便携式激光诊断设备的份额持续增

长，这些设备能够提供快速、准确的诊断信息，从而有可能改

善资源受限环境下的医疗保健服务。

执行激光手术需要熟练且训练有素的专业人士。在某些地

区，对具有医疗激光技术专业知识背景的医疗保健专业人员的

需求可能会受到限制。此外，处置医疗激光设备和治疗中使用

的材料可能会对环境产生影响，由此引发废物管理和可持续性

问题。

中国激光界/ 2023.12 29 www.chinalaser.org

Special Report 特别报道

与“光”同行的这一年

——回顾与展望

2023 年，中国激光产业紧紧围绕“构建以内循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”重大强国战略，不断整合产业

链，攻克关键技术，探索激光的工业化应用并取得一系列显著成果。值得关注的是，新能源汽车、光伏、消费电子、储能电池等

热门赛道产业迎来井喷式发展。这一年，激光人也在奋力逐“光”的征程上收获良多……

众说纷纭 共话 “光” 制造时代

在中国光学学会激光加工专业委员会名誉主任王又良看来，受全球经济和地缘政治形势

等多重因素的影响，2023 年制造业整体还是面临了较为严峻的挑战和危机。对于很多企业来

说，当下首要目标就是如何在“十四·五”规划及双碳等战略目标的引领下持续攻坚突破，

积极开辟发展新领域和新赛道，塑造发展新动能和新优势。

就激光行业来看，还是呈现出一些值得关注的亮点。首先，国产激光器尤其是光纤激光

器等产品的研发和制造水平不断提升。光源是激光产业链条中的核心，光源发展得好，会对

下游应用领域和整个产业的高质量发展起到极大的推动和引领作用。其次，随着我国经济与

制造业转型升级的趋势，不断有更多新兴细分领域应运而生。例如新能源汽车、光伏和储能

电池等热门赛道正迎来井喷式发展，许多激光企业也都在积极布局这些行业。激光产业从之

前大份额的钣金行业切入到新能源汽车及动力电池板块，市场份额也在稳步增长中。但需要

警惕的，当越来越多的企业都进军同一个赛道展开激烈竞争时，行业内的价格内卷都是不可

避免的，并且会影响利润和持续创新。“因此，企业要从不同维度来解决经济转型产业升级

过程中的高端需求以及探索企业发展进程中从速度向质量跃进的方法，从危机中寻找机遇。

很多时候，并非单纯利润高、效益好就代表了高质量发展，更为重要的是在发展战略思维上

的根本转变。”

中国光学学会激光加工专委会主任张庆茂表示，三年的新冠疫情给人类带来了巨大的思

想、理念和行为等方面的冲击。2023 年全球产业面临巨大的调整，不断地应对新产业和新

参与本期回顾与展望的嘉宾包括：中国光学学会激光加工专业委员会名誉主任王又良；中国光学学会激光加工专业委员会主任张庆

茂；武汉华工激光工程有限责任公司总经理邓家科；奔腾激光（浙江）股份有限公司总裁吴让大；苏州长光华芯光电技术股份有限公司

董事长闵大勇；湖南大科激光有限公司董事长郭少锋；武汉锐科光纤激光技术股份有限公司副总经理李杰；普雷茨特精密技术（上海）

有限公司总经理张云鹏；北京凯普林光电科技股份有限公司产品总监赵巨云；北京发那科机电有限公司总经理助理于颖先。

王又良

张庆茂

30 中国激光界/ 2023.12

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特别报道 Special Report

业态背景下的新挑战。“中国激光人也一样，面临着诸多的困

惑和迷茫，如何破局？如何实现新的腾飞？中国激光人几十年

的奋斗历史激励我们不能沉沦，只有奋斗和创新才是唯一的出

路。”

回顾不平凡的 2023 年，激光产业也见证了诸多的亮点：

大功率光纤激光器核心技术不断突破，输出功率不断刷新；超

快激光器领域捷报频传，从几十瓦到千瓦，光束质量不断优化，

超快激光器及应用发展势头迅猛，逐渐成为主流；借助资本市

场的导向，完成产业布局，走出产业发展的瓶颈；新型智能化

激光精密制造装备不仅促进我国传统制造产业的升级，并且在

更多新兴板块譬如新能源汽车、光伏、氢能、通讯、以及医疗

等领域迎来大规模的应用，提升了中国制造业的国际竞争力，

推动了战略新型产业的发展。

“2023 年开年，华工激光便率先投入‘双循环’的大环境中，

2 月召开了全球代理商大会，来自 20 余国代理商和客户代表齐

聚光谷，我们与国际领先激光制造力量携手并进。”武汉华工激

光工程有限责任公司总经理邓家科说道。当前，激光加工行业正

朝着装备自动化 和高端装备国产 化的方向持 续 挺 进，释放活

力。但同时，变化多端的国际局势和不断演变的地缘政治等因

素给激光出海仍造成了一些限制，在这样的时代局势下，“独门”

技术、科技创新更凸显出不可估量的重要性。

“独门”技术强调的是关键核心技术的突破与创新，面对

政治较量、贸易摩擦而导致的技术封锁，激光行业必须警惕对

海外技术的依赖和自主研发的缺失，在国家“科技自立自强”的

总指引下，华工激光加强对核心元器件、工业软件、关键部件的

研发和合作，做好产学研用融合发展，以积极应对全球市场变

化与需求。

奔腾激光（浙江）股份有限公司总裁吴让大表示，2023 年，

邓家科

吴让大

闵大勇

郭少锋

中国激光界经历了血雨腥风的价格战洗礼，平面高功率激光切

割和焊接全产业链的产品毛利率大幅下降，大部分企业都在苦

苦支撑，艰难前行。“行业发展进入到相持和僵持状态，便是考

验企业生存能力的时候了。谁能找到突破口谁就能走出红海，如

果无法找到‘破局’之路，其存活的时间将不久矣。”从高功率

激光切割和焊接工业应用上看，在钢结构、装配式建筑、造船等

领域得到广泛应用。

月儿弯弯照九州，几家欢乐几家愁。 应用行业不同，境况

大不一样。“譬如，三维激光切割、新能源激光精密加工、激光

控制系统和软件、激光自动化产线等领域则呈现春光灿烂的景

象，激光微纳加工领域也表现不俗。”另外，中国激光企业出口

业务大幅增长。但总体而言，这些企业为数不多，无法改变激光

行业整体艰难疲软的大盘走势。

苏州长光华芯光电技术股份有限公司董事长闵大勇指出，

2017 年至 2022 年中国激光器市场规模的增速均较快，2022

年在疫情态势下市场规模仍达到了 147.7 亿美元，疫情的冲击

以及国内国际大环境的影响促进国内激光产业朝着更高水平的

创新和自主研发方向发展，一定程度上也推动了产业的高质量发

展。

此外，资本越来越多的关注激光和半导体领域，除了工业激

光领域，激光雷达、激光通信等板块也备受关注，行业内的融资、

并购活动尤为活跃，国内企业纷纷强化海外布局，在海外投资、

建厂等。“然而，开展海外活动需要警惕在国际市场上面临贸易

摩擦，技术安全和知识产权等问题，这些也是激光产业面临的部

分挑战。”

在湖南大科激光有限公司董事长郭少锋看来，我国激光行

业的发展今年整体来说是稳中有升。受下游和终端客户规模增

量放缓影响，上半年激光企业大多业绩不如预期。但激光作为

中国激光界/ 2023.12 31 www.chinalaser.org

Special Report 特别报道

一种工具型技术，行业企业在不断开拓新应用的过程中最终保

持了增长的态势。同时，激光整个产业链条的国产化程度也在持

续提升，终端客户特别是头部客户使用国产激光设备及激光器

的意愿也在不断增强，这对整个行业来说都是利好消息。

值得警惕的是，在激烈市场竞争的背景下，一个新兴激光应

用领域的产品及质量标准尚未确定时，价格就往往已经触底，

譬如目前激光封边机领域即是如此。“从我国激光行业高质量发

展的角度来说，这种商业逻辑是不可取的，但相信随着行业的不

断进化和创新，越来越多的企业会愈发重视标准与质量。”

武汉锐科光纤激光技术股份有限公司副总经理李杰表示，

从我国光纤激光器市场来看，国产光纤激光器逐步实现由依赖

进口向自主研发、替代进口到出口的转变，国产化浪潮逐步崛起，

并实现了国产光纤激光器功率和性能逐步提高的状态。目前中

国激光器行业正在经历全面市场化竞争阶段，锐科激光也在强

国战略的指引下持续进行产业链整合，技术攻坚，推进核心部

件国产化。“在产业链布局方面，锐科激光现已形成武汉锐科激

光产业园、湖北黄石智慧光子产业园、无锡惠山锐科激光产业园、

上海国神超快激光器研发与制造基地、武汉东湖综合保税区工

艺工程中心、武汉未来科技城华中产业园、武汉航天三江激光

院产业园、深圳华南应用工艺中心、济南章锦综合保税区技术

服务中心 9 大产业园及研发制造基地的产业发展格局，目前已

实现光纤激光器的核心器件自研自产。在产品和技术创新方面，

公司正向着‘全功率、全脉宽、全波长、全应用’的方向迈进，助

力我国制造业转型升级。”

2023 年激光行业值得被记录的大事件诚然不少，从光纤激

光器领域来说，锐科激光在工博会上发布了国内首台 120kW 超

高功率光纤激光器，核心器件全面升级，同时也开拓了更多领域

的应用。此外，工博会还发布了 HP 高性能系列光纤激光器，主

要根据金属加工、新能源、汽车、光伏等领域的客户需求进行精

准升级，对比同功率产品效率上都到达了极致的提升，堪称“中

薄板切割战神”。

此外需要关注和警惕的是，2023 年，国内激光设备出口份

额仍在大幅增长，也有不少激光器厂家开始针对海外市场大批

量出货。海外市场潜力巨大，国内激光企业产品出口动力很强，

但产品的稳定可靠性及海外服务便捷性，成为海外市场制胜的

关键。因此，不断强化出海产品发展战略尤为重要。

普雷茨特精密技术（上海）有限公司总经理张云鹏认为，在

国家强国战略引领下，中国激光行业已然发展到了一个新的高度。

通过中国激光行业各产业链上从业人员的不断努力与携手并进，

已见证了技术创新、产品研发和应用开拓等方面突飞猛进的发展。

“就激光切割而言，国产自主研发的切割头从 30kW、60kW 以

及到今年推出的 80kW，不仅席卷了行业的新浪潮，并且把激

光钣金加工能力提升到一个新高度。在激光焊接领域，中国激

光企业继续深耕细分市场，拓宽赛道，与各细分行业的结合愈

发紧密。”中国是全世界最大的激光加工市场，从而为行业的茁

壮成长提供了肥沃土壤。相信随着更多新应用方向和场景的出

现，定会有更多新的技术、产品和解决方案推向市场。

“2023 年，中国激光行业在以国内大循环为主题、国内国

际双循环的新发展格局下，新型激光应用技术和应用场景不断

涌现，市场规模持续攀升，中国已成为迄今为止全球最大的工业

激光市场。”北京凯普林光电科技股份有限公司产品总监赵巨

云评价道。无论从激光设备的市场规模、光纤激光器的出货量，

亦或是中国直接半导体激光器的市场规模来看，激光行业发展

潜力和空间巨大。同时，国产化进程加速，推动国内制造业进入

激光器升级换代的高峰期。

此 外，随着社会经济的快 速发展和环 境污染问题的日益

李杰

张云鹏

赵巨云

于颖先

32 中国激光界/ 2023.12

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特别报道 Special Report

突出，新能源正迎来井喷式发展。新能源也是当下激光应用领

域最热的方向，成为激光企业争相布局的新风口。作为高精密

和高效率加工技术的激光技术在新能源行业应用愈加广泛，

为新能源行业的发展提供了强有力的技术支撑。“对此，凯普

林也在积极布局规划产品发展路线，公司研发生产的半导体激

光器、光纤激光器、超快激光器将继续服务于激光雷达、激光

精密切割、新能源焊接、激光熔覆、激光清洗等新能源激光应

用领域。”

今年国产超高功率光纤激光器泵浦耦合、功率合束以及核

心光学器件等领域实现全面突破，功率屡攀高峰，工业激光切

割加工市场成功应用 60kW 及以上超高功率产品，有望进一步

替代火焰切割、等离子切割等传统高污染、高能耗切割工艺。

“ 针对 激 光切割这一 规 模 体量可 观 的应用领 域，我们归

纳了部分亮点和需要警惕的信号。”北京发那科机电有限公司

总经理助理于颖先说道。亮点方面，首先是国产激光设备的性

能主导力更强。这主要体现在三个方面：一、更高的动态性能，

国内头部设备制造企业商业化了加速度 6g、快移速度 300m/

min 的平面切割设备。二、更大加工幅面及更高功率的平面切

割设备持续替代等离子等原有加工工艺。三、重载切管机快速

进入钢结构管、重载型材钢等加工领域，广泛应用于钢结构建筑、

工业厂房、桥梁工程、船舶制造、轨道交通等行业中。

其次，山东省和广东省等不少设备制造企业的海外营收超

过总营收的 30%，部分设备制造企业在拓展海外渠道、输出设

备的同时，也在通过参加高规格展会、成立分公司、强化与客户

之间的黏性和纽带等方法持续强化品牌打造，致力成为中国激

光的扛旗者。

“同时，一些警惕的信息也亟需重视。譬如，类似‘市场上

的卖价低于我们成本’的这类声音不绝于耳，预示着常规通机

市场已陷入更卷的泥潭，国内市场基本无利润。而国内市场这

种低价竞争，已经开始蔓延至越南、印度、泰国等与中国市场

需求类似的东南亚国家，国内厂家在这些市场也正逐渐陷入到

红海价格战中。”

积极布局，抢占先机

2023 年，激光企业持续求新求变，无论在工艺技术、产品

研发、市场及应用开拓等方面，均取得了一些不俗的成绩。

据邓家科介绍，2023 年华工激光从智能装备、自动化产线

到智慧工厂全方位满足及应对客户需求升级和市场细分变化。

在中低功率激光加工领域，公司持续打造半导体面板、3C 电子、

汽车电子及新能源和 PCB 微电子几个长期发展的行业赛道，以

行业为核心来构建系列解决方案，重点打造了车载玻璃激光加

工自动化产线、氢能金属双极板焊接自动化产线、新能源电池盖

板行业极简高速线自动化产线、IC 载板智能装备、拉环二维码

激光赋码设备、医疗行业 POCT 试剂灌装封膜自动化产线等“专

精特新”产品。

在高功率激光加工领域，华工激光持续升级优势产品，如三

维五轴激光切割智能装备、激光弱化智能装备、汽车白车身焊

装产线、新能源汽车电池托盘焊装自动化产线等；在汽车制造

领域，开发了轮胎模具在线式激光清洗智能装备，让激光成为“双

碳”时代的助力“燃料”；推出汽车门环激光焊接智能装备、新

能源汽车电池绝缘膜激光清洗智能装备，更全面地满足汽车轻

量化市场需求。

“在国际业务方面，激光智造高端产品在欧洲、东南亚、韩国、

日本等海外高端市场销量持续增加，在今年更开放的大环境下，

华工激光将中国‘智’造推向世界，在瞬息万变的全球市场把握

先机。”

吴让大表示，奔腾激光的主营业务是高功率激光切割和焊

接设备，当下企业深陷价格竞争囹圄，利润锐减，为历年来最困

难的一年。“因此，为了应对市场变化，公司进行了持续的产品

优化和成本优化，在高功率激光切割和焊接成套设备的研发领

域不曾停歇，继续前行，引领行业风向标。”

例如，3 月全球首台 60kW 激光切割设备在深圳机床展览

会首发成功，现已实现批量生产和出口销售，市占率遥遥领先。6

月武汉 2 万平米新制造基地投产运营，产能翻番。三维激光切割

设备获得比亚迪数十台大单。9 月自主研发高功率激光切割头获

得重大技术突破，实现 60kW 激光长期稳定运行，已小批量投入

市场。深圳锦帛方激光研制的 pack 模组激光焊接产线成功出

口泰国。新能源激光精密加工设备业务取得重大进展。11 月与浙

江工业大学共同研发的“复杂构件激光高效精密加工技术与装

备”获得浙江省科技进步一等奖。“此外，由奔腾激光牵头，联合

上海光机所和浙江工业大学等单位共同组建的‘高能级研发平

台—浙江省激光智能装备技术创新中心’获得省政府批准成立。”

闵大勇表示，2023 年长光华芯在多领域全面开花，围绕“一

平台、一支点、横向扩展、纵向延伸”发展战略持续深化布局。

譬 如，公司新 一 代高功率半导体 单管芯片产品获 得突破性 进

展，实 现商用 50W，研发 66W 功 率 输出，66W 产品于 2 月在

美国西部光电展推出，芯片条宽 290μm，最大效率超过 70%，

工作 效 率 超 过 63%，是 迄今已知 报 道 的 条宽在 400μm 以下

高功率激光芯片最高水平。除了高功率系列产品，长光华芯还

在今年武汉光博会上发布了 56G PAM4 EML 光通信芯片，为

400G/800G 超算数据中心互连光模块提供核心器件；车载激

光雷达芯片通过车规级 AEC-Q102 认证；与苏州纳米所合作成

立镓锐芯光，正式进军可见光领域，填补国内在氮化镓蓝绿光

激光器领域产业化的空白；针对塑料焊接市场推出 1710nm 直

接半导体激光器产品。“同时，长光华芯全资子公司半导体激光

创新研究院与苏州科技城管委会共建的化合物半导体平台项目

中国激光界/ 2023.12 33 www.chinalaser.org

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启动建设，预计 2025 年建成投产。”

郭少锋指出，大科激光始终专注于高亮度光纤激光器在高

端工业及科研定制领域的应用，技术、产品与服务也一直聚焦于

这些领域。“从具体业务上看，公司在新能源领域持续发力，一

些从事动力电池、储能电池模组制造的客户已经连续 3 年以上

使用大科的产品；同时，2023 年我们也在头部的新能源电池及

终端客户处取得了业绩突破，并在一些标杆型客户处进行了超

长时间的可靠性验证。”此外，大科激光始终关注新兴应用领域，

2023 年在以激光熔覆为代表的激光增材制造领域取得了不俗

的成绩，大科狮子座超高速熔覆激光器凭借高稳定性与先进的

光斑匀化技术，赢得客户良好的口碑。整体而言，公司今年的业

务按计划稳步推进，特别是在关键项目上攻克了重要节点，为

2024 年的进一步放量打下坚实基础。

据李杰介 绍，2023 年前三季度，锐 科激 光营收 约 25.83

亿元，同比增加 11.29%；归属于上市公司股东的净利润约 1.72

亿元，同比增加 422.5%。“在外部环境不太景气的前提下，利

润率仍有所上升，这说明锐科在生产销售和成本控制方面采取

了有效的措施，并取得不错的效益。”

从技术方面看，公司始终坚持技术引领，首创圆形改性光纤，

开创了中国光纤激光器新体系，性能更优，匹配度更高；自研半

导体激光芯片，解决了技术封锁问题；锁波长泵浦源，性能达到

了国际领先水平。市场方面，锐科采取推进产业链整合、布局高

端应用、拓展全球市场等积极的市场策略，多措并举继续保持

国内光纤激光器市场领先的地位。应用方面，公司积极布局高端

和新兴领域，为他们提供定制化特色化产品。“当前，我们根据

各市场不同的要求开发了旗帜系列、HP 系列、全球版系列以及

超快激光产线等丰富的产品矩阵，为全方位进军高端应用市场

做足准备。”而在新应用方面，锐科已成功进入船舶、汽车新能源、

光伏等领域，在多家头部企业形成批量销售。

“普雷茨特激光加工业务以激光切割和激光焊接为主。目

前激光切割市场已处于红海竞争模式，尽管总销售量还在上升，

但整体的利润率却在下降。这就需要考验激光切割行业的从业

者们如何跳出价格竞争的怪圈，开辟新增值点，探索新发展动

能。”张云鹏坦言。就目前来看，随着 30kW、60kW、80kW 量

级激光切割以及更高的功率推向市场，定会掀起一波新的市场

需求。同时，在激光功率不断拉升的同时，如何提供更加智能化

的产品也是未来发展的一个重要方向。

激光焊接方面，以新能源为代表的应用市场持续火爆，尤其

是焊接质量监控系统为焊接质量的稳定性和可追溯性建立了新

的市场标准。今年受新能源汽车行业带来的市场红利，普雷茨特

的焊接业务整体呈现大幅增长态势。除此之外，未来公司的激

光焊接会朝着与 AI 功能相结合的方向发展，从而为用户提供更

智能更高效的解决方案，并开拓更多焊接的应用场景。

“去年凯普林基于第四代泵浦源技术推出‘更小、更轻、更

智能’闪电系列光纤激光器，屡获行业大奖。产品展现了高度集

成化和模块化设计的成果，有力诠释了‘less is more’极限设

计理念，也引领新一代光纤激光器小型化的浪潮，让手持激光

焊接机进入了后备箱时代。”赵巨云评价道。

聚焦“双碳”目标和新型工业化发展，面向激光切割加工应

用市场，2023 年凯普林 基于 CTC 芯片一体化技术、雷霆光学

平台和功率合束技术，开发出雷霆系列光纤激光器，并具备高集

成、高功率、高亮度的三大特点。产品覆盖 12~100kW 功率段，

追求更高激光功率的同时，激发激光切割应用潜力。该系列产品

具有自主知识产权，并实现多项核心与关键技术突破，显著提升

激光切割速度和生产效率，为用户创造更大价值。

于颖先表示，发那科持续保持着对热点行业的技术更新及

前沿趋势的关注，不断向客户交付更具技术附加值和商业价值

的机型解决方案。在新能源汽车市场板块，公司与合作企业联

合打造了热成型钢加工解决方案、非金属电池仓加工解决方案、

异形管加工解决方案、刀具消熔设备解决方案、增减材一体机

解决方案等。在 2023 年市场整体低迷的情况下，公司的激光

业务增长明显。

拥抱新机遇 “激”发新动能

当前，激光行业需要拥抱更多的新机遇和新动能，而企业应

当通过“1+N”这一理念不断探索激光的无限可能，在支柱产业

领域创造更多的激光高端应用新需求。

邓家科表示，“光无界，智未来”精准勾勒出未来版图，激光

应用探无边界，与智能制造的结合让激光拥抱更多行业新机遇

与新动能，华工激光一直坚持“激光 + 智能制造”的发展路径，

通过“装备智能化、产线自动化、工厂智慧化”延伸激光应用，

在多个行业领域满足客户需求，适应时代发展。

在国家关键核心领域，如半导体、新能源行业，公司加强技

术攻关，突破“卡脖子”技术。在新能源领域，针对汽车轻量化

34 中国激光界/ 2023.12

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的应用趋势，在激光焊接、切割等应用上提质增效；在氢能的“制

储运加用”上打造了碱性电解槽和燃料电池双极板两套激光智

能装备解决方案；同时，华工激光也着重将已有的智能装备升级

更新，比如除了将三维五轴激光切割智能装备打造成加工热成

型件的“明星产品”，还将其向家电、医疗等领域延伸；针对轮

胎制造行业，公司推出轮胎模具在线式激光清洗智能装备，将激

光“智”造向更多的细分领域拓展，为传统行业转型升级提供解

决方案，对 1+N 的探索，永不止步。

在闵大勇看来，激光具有无限可能，易于与各种智能化解决

方案相结合，当前激光在医疗、工业加工、传感、激光雷达、激光

显示等领域广泛应用，未来可能会出现更多创新的应用场景。激

光产业的核心在于激光芯片，为迎接将来更多未知的应用场景，

长光华芯致力于夯实现有平台能力，进行更多的技术创新和研

发，提高产品性能以满足新应用场景的需求，横向扩展激光雷达

与 3D 传感芯片、光通信芯片、可见光芯片、探测器芯片等领域，

通过推出多元化的产品线，覆盖不同领域的深层次需求，满足不

同行业的激光应用诉求，当下一个热点到来时，长光华芯已为市

场备好弹药，让下游厂商更快进入赛道。“此外，长光华芯积极

培育和建设高质量人才团队，以确保公司在激光技术领域的领

先地位；全方位开展行业合作，建立更广泛的生态圈，推动激光

技术在更多行业中的创新应用，并深度参与国际合作、拓展海外

市场，获取更多的机遇和资源。”

“产业升级以及‘双碳’目标对激光加工提出了更高的要求，

激光行业必须持续以技术驱动为核心，不断提升产品性能与质

量，才能够拥抱新机遇与新动能。”郭少锋概况道。大科激光秉

承“亮度为王”的理念，专注于高亮度光纤激光器的开发与市场

拓展，推动了高亮度激光器在工业领域的渗透率。

高亮度激光器不仅在薄板切割方面表现更出色，同时也解

决了高功率激光器无法切割高反材料的难题。在焊接应用中，高

亮度激光器也发挥着重要作用。在双碳目标下，汽车工业发展

战略向轻量化和新能源调整，从而对焊接品质提出了更高的要

求。实验表明，随着亮度的提升，激光器的能量密度最大可提高

25 倍，焊接速度最大提高 6.5 倍，CPK 指数最大提高 2.9 倍。

同时高亮度激光器在焊接高反材料方面，其焊接熔宽保持相对

稳定，这一特性非常适用于动力电池、全铝车身等铝合金应用

的焊接需求。

大科激光从应用痛点出发，从激光本质特性着手，研发出模

式净化 DEC 技术、抑制拉曼光 RSF 技术，和抗高反 BRP 技术（获

湖南省发明专利一等奖），研制了各功率段具备极致亮度的光模

块，并基于此推出了星座系列工业级光纤激光器。例如，天狼星

系列激光器通过有效抑制横向模式不稳定和受激拉曼散射，实

现 3000W 纯基模输出（实测 3000W 功率段实现 M²=1.06，接

近光学衍射极限，5000W 功率段实现 M²=1.28），能量传输光

纤（芯径为 14μm）长度达到 10m，拉曼抑制比≥ 35dB。这一

系列的突破，使该系列激光器亮度达到物理极限，加工效率相比

同功率常规产品提升 30%。同时功率冗余 10%~15%，稳定性更

强。大科猎户座环光连续光纤激光器，功率段覆盖 4-6kW，中心

光束采用基模高功率光模块，解决了中心基模条件下环形光纤

及合束器制备等难题，能够长时间稳定加工，适用于新能源电池

焊接等不同激光应用场。狮子座超高速熔覆连续光纤激光器，功

率段覆盖 3-9kW，主要针对增材制造领域的高速熔覆市场，基

于大科激光自己研发的传输光纤，光斑匀化度可达到 90% 以上，

为实现稳定高速的熔覆加工提供产品支撑。北极星准连续光纤

激光器，功率段覆盖 1.5-4.5kW，在脉冲模式下峰值功率达到连

续模式平均输出功率的 10 倍，可显著改善薄板高反材料的切割、

钻孔质量，电光转换效率高、能耗低、耗材少。

李杰表示，在受到全球经济增速放缓等宏观因素影响以及

激光器快速发展且竞争日趋激烈的情况下，处于激光产业链上、

中、下游的企业要想拥抱新机遇、新动能，需要持续关注市场、

敬畏市场，同时激光生态圈应当携手走向联动、合作和良性竞争

的新格局，共推激光行业迭代升级。这些需要建立在三个基本

原则上：第一，拒绝低价内卷，持续专研新技术、新应用、新领域，

推动强强联合、优势互补；第二，切实提升产品品质，注重品牌

建设，打造中国激光成为全球品牌；第三，产品先行，服务为本。

从终端的视角出发，激光应用面向的行业多种多样，锐科激光作

为激光器制造企业之一，与各行各业产业链都有关联，身处中国

智造的关键一环，激光企业唯有坚持本我，不断开拓新技术、新

产品、新应用，才能助力中国激光产业真正实现高质量发展。

在张云鹏看来，未来的工业生产将会与智能制造实现更多

的融合，如何匹配这个智能生产将是一个新机遇的切入口。“譬

如，如何使普雷茨特当前提供的智能切割头和加工过程中的监

控功能在未来更好地满足对智能化的需求，这些将是我们持续

攻坚探索的方向。”公司的期望是通过传感器来对加工过程中

的数据进行高效精准的采集和分析，实现加工过程实时监控、

实时处理的生产场景。在这些领域，普雷茨特都在持续推进和

加快研发步伐。

赵巨云指出，激光行业作为战略性新兴产业和现代制造业

的支持性产业，在国民经济发展过程中扮演着重要角色，是我国

重点支持发展的领域，也是中国经济发展及迈向现代化的关键

领域和重要推力。“市场需求，消费习惯，技术创新在变化中蕴

中国激光界/ 2023.12 35 www.chinalaser.org

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36 中国激光界/ 2023.12

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藏着众多机遇，因此我们应该时刻保持敏锐的观察力和领悟力，

深入分析变化中的新机遇和新动能，能够及时调整经营策略，

抓住新兴行业机遇，以技术创新为导向的企业，才能在激烈的

竞争中脱颖而出，实现企业愿景和价值观。”

凯普林以“创变非凡”为价值观，致力于成为全球激光解决

方案的领跑者。通过激光领域突出的创新能力及创新成果，历

经二十年耕耘，基于半导体激光技术，按照“1+N 产业发展促进

体系”思路，持续探索激光行业的无限可能。通过进一步延伸激

光产业链、提升价值链、打造供应链，推动激光产业“三链”融合，

致力于在支柱产业领域创造更多的激光高端应用新需求，逐步

形成了半导体激光器、光纤激光器、超快激光器三大业务领域。

公司产品广泛应用于科学研究、医疗健康、精密加工、消费电子、

新能源等领域，成为国内领先的激光综合解决方案提供商之一。

此外，凯普林围绕北京“北京市企业技术中心”、“北京市

国际科技合作基地”、“博士后科研工作站”等科研技术平台，

先后成立天津、江苏、深圳、德国等多个研发中心和自动化生产

基地，形成北京研发总部、全国布局生产、全球开拓市场发展新

格局。

于颖先指出，多样性的国产设备供应量大，终端用户可选面

宽量广，价格实惠。国产激光设备市场进入正向循环，成功在高

端应用市场立足，并逐渐成为主导力量。同时，部分设备制造企

业也正围绕业务增长点寻求差异化竞争、品牌及影响力展示等

诉求，打造出具有一定技术门槛的行业专机。各个细分行业规

模没有常规设备大，但是由于进入的 MTB 少，终端用户行业属

性明显，集中度高，容易出现 1-2 家企业在某个细分市场占据主

导地位的情况，利润也会相对可观。“诚然，新光源，新配套，新

工艺频繁商业化，激光焊接市场蓬勃发展，激光增材制造工业化，

但激光应用方兴未艾，还远没有到成熟期。”

打通产业链 创造新价值

“新一轮科技革命和产业变革引发了全球经济结构的变化

新浪潮，科技与经济深度融合，科技和高科技决定了经济发展的

质量。对此，‘光’制造行业亟需不断突破重围。通过‘光’智造

先进技术赋能传统产业，撬动新兴产业，推动构建更多新产业、

新业态、新技术、新模式。”王又良评价道。企业发展一定要有

侧重点，要基于自身实际情况权衡考量究竟采用“大而全”还

是“小而精”的路径。譬如，“专、精、特、新”所描述的专业化、

精细化、特色化、新颖化发展从本质上勾勒的就是企业的定

位目标：如何在细分行业市场中开发生产具有自主知识产权

的附加值高，经济和社会效益显著的高新技术产品。“总之，

企业应当采用最佳的技术创新、应用创新和市场创新模式，

多维度纵深布局，打好发展组合拳。”

闵大勇表示，在产业化的赛道上，中国激光企业相对国外起

步较晚，但过去 10 年，中国激光迎头赶上，“黄金十年”国内激

光产业迎来迅猛的发展阶段，近 5 年，光纤激光器市场以肉眼可

见的内卷速度推进国产替代，但惨烈的“价格战”给了激光行业

惨痛一击。“任何行业发展到一定阶段，都会在优胜劣汰的竞争

环境下由市场筛选出适应行业发展的高质量企业，创新能力和

高科技人才始终是高质量发展、提升企业竞争力的致胜关键点。”

张云鹏表示，激光行业的黄金十年主要还是见证了对普遍

通用需求的增长。以激光切割为例，市场不断对切割速度和效

率提出新的需求，由此带动了高功率切割头销量的增长。未来激

光行业在原有应用基础上，需要在细分领域拓展更多满足专业

化定制化需求的产品、技术和解决方案。“这 就 要求我们对客

户需求时刻保持敏锐的洞察力，并且具备专业的本土化研发和

响应能力，能够提供更符合市场需求的产品和方案，同时实现

降本、增效和提质等目标。”

“凯普林长期坚持自主创新，是高新技术企业、首批国家工

信部专精特新‘小巨人’企业。未来公司将依托 20 年的技术底

蕴，坚持技术创新，在三大激光产品领域持续深耕。”赵巨云说

道。第一，充分发挥半导体激光器行业领先优势，力争成为全球

范围内半导体激光器技术与产品的引领者；第二，进一步加大在

光纤激光器领域的研发与市场投入，不断精益改进、推陈出新，

力争成为国内外光纤激光器市场头部企业之一；第三，进一步扩

展先进技术在超快激光器领域的应用场景，持续推出具有国际

竞争力的新产品，为公司提供新的业绩增长点。

攻坚克难 从“新”出发

新时代、新技术，新应用、新产业背景下的“光”制造行业发

展呈现出哪些新格局和新势头？还存在哪些亟待攻克的挑战？

这些问题值得深思。

王又良表示，中国经济和制造业当前正经历深度的转型升

级。对于激光行业而言，一方面要紧密关注新技术、新应用、新

产业等领域不断滋生的新需求，用“光”制造赋能更多新兴产业

焕发活力；另一方面仍要全方位关注传统制造业在转型升级中

的需求，通过将激光与传统产业进行高位嫁接，使“光”制造成

为新旧动能转换的重要推手，两条腿齐头并进。例如，激光切割

市场规模目前已相当可观，未来则是要进一步深耕应用端；激

中国激光界/ 2023.12 37 www.chinalaser.org

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光焊接则仍是方兴未艾，其在整个焊接技术和应用领域的占比

还不是太高。“事实上，焊接并非是一个新产业，而是传统产业，

重要的是如何将激光这一高新技术和理想热源所彰显的优势更

好地融入焊接这门学科领域，除了研究对 TIG、MIG、电子束焊

等传统焊接手段的局部替代，这里面还有更多其他文章能够做。”

激光诚然前景无限，但仅靠激光这个单一技术想包打天下

是不现实的。因此，今后还需要持续推动激光 + 多学科交叉融

合方面的发展进程，其中涉及物理学、光学、电子学、材料科学、

通信和信息技术、自动化智能化技术、AI 技术等。总结来说，一

个是推动 1+N（激光 + 应用领域）；另一个是加快激光与其他

学科及新兴技术的融合，彰显 1+1>2 的效果，最终进阶成为一

种更强大、更全面的新型”光“智造技术。

张庆茂指出，21 世纪是光子世纪，光科学、光技术 和光产

业成为影响整个科学领域和高新科技产业的更大促进因素。光

技术向所有产业全面融合并促进创新和提升，成为全球高端产

业的驱动引擎，更是传统产业提升的重要手段。“展望新的一年，

由于我国政策空间大、经济根基牢、发展潜力大，2024 年国内

宏观经济有望稳步修复，活力再现。而激光人在新的历史时期，

更要有清醒的认识和对未来正确的研判。”

同时，激光行业要实现更高质量的可持续发展，还需攻克一

系列挑战，例如：由于超快激光持续向千瓦级发展，因此需要不

断改善光束工艺和质量，进一步攻克光纤种子源、晶体光纤、泵

浦源、模块、保偏光纤、放大技术等领域的技术瓶颈，提升器件

在高能量水平下的稳定性、可靠性和高寿命，并延伸更多新应用。

此外，针对激光装备和系统，要增加算法技术，实现数字化、智

能化迭代；加强缺陷识别与监测、动态过程监测等技术的研发；

激光器输出及参数的调控技术、精密制造中的应力控制等工艺

技术的研发……

“诚然，未来激光产业全球化趋势愈发明显，国内企业参与

全球化竞争势在必行，高质量发展是唯一途径，不断创新是我

们取胜的法宝，数字化、智能化、智慧化、国际化是我们全面融

合全球激光产业必然选择。”今后一定要在原创性技术、颠覆性

技术和升级换代的关键技术等方面不断发力；要关注产业链、

创新链、人才链的紧密整合，持续解决行业发展的共性问题。发

展要从重视“数量”转向提升“质量”；“规模扩张”转向“结构

升级”；满足“最大”转向追求“最强”。

“针对激光智能装备的制造，关键是要突破核心技术、加

快科技自立自强。不论是光源、激光器等核心元器件，亦或是软

件系统，都需要加强自主研发能力，将关键核心技术掌握在自己

手中，积极与智能制造大趋势融合，在充分发挥激光加工高精度、

高柔性、高速度、绿色化等先天优势的同时，以‘智造’释放强

势动能。”邓家科悉数道。

吴让大表示， 展望 2024 年，尽管我国激光行业面临的挑

战依然巨大，但总体会出现触底和筑底回升趋势。激光切割设

备市场虽仍面临着激烈的价格战及同质化竞争，但随着价格走

低，应用场景将持续拓展，促使其技术越来越成熟，制造也愈发

趋向标准化和模块化。同时激光功率的提升也带来了加工效率

的飞跃，并扩大了加工范围。“期待国内同行在进行成本优化的

同时，更要注重考虑设备稳定性和安全性，智能化与工艺开发等

因素，既要平民化，也要高档化，不断向高端制造市场迈进。”同时，

激光精密加工、三维激光切割、激光切管、激光焊接、激光清洗、

新能源行业的激光应用等市场板块将保持稳定增长。激光作为

制造业的新型工业母机，其应用需求和场景还将进一步释放，

在先进制造中的主力军作用将会更加突显。

“长光华芯一直致力于推动激光芯片的国产化，随着国产

芯片性能指标和稳定性的逐步提升，国内激光企业对国产芯片

的认可度不断攀升，如今激光产业也朝着高质量方向持续挺进，

只有把核心技术牢牢掌握在自己手中，并保持源源不断的研发

创新活力，产品与技术方能在竞争中始终抢占先机，赢得发展主

动权。”闵大勇说道。

在高功率半导体激光芯片领域长光华芯已打破国外垄并且

指标与国外先进水平同步，并在国内保有一定的市场占有率；但

在激光雷达与 3D 传感芯片、高速光通信芯片的国产化方面依

然任重道远，这些领域芯片产品的国产化推进还需要上下游产

38 中国激光界/ 2023.12

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业链的联动和支持，只有国内主流下游厂商愿意使用，国产芯片

的性能才能在应用中不断得到优化和改进，从而进一步提升产

品的国际竞争力，让中国制造成为首选。

郭少锋认为，随着新时代、新应用、新产业的不断更生，光

制造 对于光源方面的技术与品质的要求也会越来越高。未来

的激光行业，对激光器以及应用的理解越深刻的企业，越能占

据潮头引领行业的发展。“大科激光以‘激光物理专家，智能制

造管家’为价值主张，对激光技术在物理图景层面上有着非常

深刻的理解，也致力于协助用户真正用好激光这个先进制造工

具。”

众所周知，高亮度是激光在应用层面最重要的特性，激光源

技术水平的竞争首先就是亮度竞争。然而，目前高亮度激光器的

应用价值还存在非常大的开发空间，未来高亮度势必成为激光

精细加工、远程加工的必然选择。只有凭借超前的认知和领先

的光源技术才能为用户创造更高收益、更大价值。此外，在高亮

度激光器应用方面仍需拓展，当前高亮度激光技术在工业领域

的渗透率还严重不足。“未来 5 年内，大科激光将进一步扩大生

产，以应对高端应用市场对高亮度、高效率、高稳定性光纤激光

器的需求，进一步为中国制造业创造更大的价值。”

李杰指出，在新时代、新技术、新应用、新产业背景下，“光”

制造行业正逐步向绿色制造、智能制造方向发展，但企业在通往

绿色化、智能化发展之路的过程中同样面临着严峻的挑战。从

激光行业来看，以锐科为例，为积极响应国家“双碳”战略目标，

公司依据环境保护相关法律法规、管理条例制度及各项环境保

护文件，对生态环境的影响提前进行分析、预测和评估，不断加

大节能减排投入和技术改造力度，主动淘汰落后生产设备，在

保证废水、废气、噪声和固废达标排放的基础上，深入推进精益

管理，持续改进工艺、提高三废处理效率和能源利用效率，实施

绿色制造，致力于创建绿色工厂。在智能制造方向上，锐科的产

业园制造基地的生产线配备包括 COS 自动化生产线、泵浦源

自动化生产线、光学器件自动化生产线、光学模块自动化生产

线以及光纤激光器总装车间等，经过不断探索升级，这些生产

线基本实现了“智能化”，使得公司整体生产效能大幅提高。未

来，公司将不断深入探索智能化产线前沿技术，并加强自身实践，

向生产线高阶“智能化”迈进。

“当前，激光智能制造行业上下游边界淡化、深度融合、协

同创新、跨学科融合发展的趋势日益显著。未来激光行业上中下

游企业将形成‘数字引领、携手创新、普惠共赢’的数字化生态

共同体，提升激光成套设备智能化、数字化水平，支撑经济高质

量发展。”赵巨云一语中的。一方面，这对激光器及激光设备小

型化、实用化、智能化水平提出了更高要求。另一方面，光纤激

光器也将继续提高输出功率，提升光束质量，提高电光转换效

率，同时配置至数万瓦的大功率光纤激光器的工业装备将会成

为高端制造业的主流设备。

于颖先表示，切割市场由增量变存量，各设备厂家也在不断

进化中，且获得了较好的成果，具体体现在以下几个方面。第一，

极致运营。在国内市场持续刷新了设备超低价格的同时，也看到

部分企业的财报中，仍能取得较好的利润空间。“可见后疫情时

代，部分企业及组织运营的弹性和张力，他们一方面利用规模化

优势，另一方面依靠数据驱动业务，流程加速再造、组织架构也

进一步优化，实现低成本、高运转率。”第二，智能制造。以华

工激光为代表的企业正在国内市场交付一个个激光智能制造

工厂，让更多制造现场变成为智造现场，大幅提高了单位产出率。

第三，生产制造中心。鉴于国内 Cam、加工仿真、复杂机构、

激光头、激光控制系统等上游供应链体系较为完整，激光系统

实现了全制程的集成，激光加工设备厂家可以即拿即用。同时，

还有不少设备厂家主动剥离了技术研发，聚焦制造，把长板做长，

将自己打造为国产设备的制造中心。

运筹帷幄 再攀高峰

邓家科表示，从技术角度而言，激光清洗值得持续关注。在

国家“双碳”目标的背景下，轮胎制造、钣金制造行业都面临技

术转型升级的考验，不少厂商都提出了以自动化激光清洗替代

传统清洗方式的需求，今年华工激光推出的轮胎模具在线式激

光清洗智能装备已经成功打开轮胎制造市场，相信后续将为更

多行业客户带来价值。3D 打印也是未来的一个应用风口，增材

制造，从无到有，在高精密金属器件的加工制造上极具价值。

“未来的激光技术应用将不再是单一的激光产品，而是以

激光技术为中心的自动化产线、智慧工厂，会把更多非激光的产

品和技术集成到一起，通过系统去指挥设备动作、产线运转，不

断提升智能化、自动化、智慧化能力，实现客户价值的最大化，

提高激光技术的附加值。”他补充道。

据闵大勇介绍，经过多年布局，长光华芯目前已完成激光雷

达与 3D 传感芯片、高速光通信芯片、可见光芯片的量产。未来，

公司将继续秉持“一平台、一支点、横向扩展、纵向延伸”的发

展战略，继续深化战略布局，以苏州半导体激光创新研究院为

平台，依托公司在高功率半导体激光芯片方面的优势，横向扩展

激光雷达和 3D 传感、激光通信等领域，提升各类芯片产品的性

能指标和市场占有率，在国内进一步推动国产化进程，在海外

以更好的产品和服务参与国际竞争。

郭少锋表示，作为国家级专精特新“小巨人”企业，大科激

光持续在自主创新和发展核心竞争力方面下功夫，公司的发展

战略主要聚焦于高亮度、轻量化和智能化。“从技术和新品开发

商来说，我们认为未来高亮度激光将成为超远距离加工、动态加

工和集成加工等崭新领域的关键技术。”首先，超远距离加工就

是在光束质量保持极限状态下，加工距离突破十米以上（光斑

中国激光界/ 2023.12 39 www.chinalaser.org

Laser Frontiers 激光前沿

40 中国激光界/ 2023.12

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特别报道 Special Report

0.1mm）。其优势主要体现在：高光束质量的激光可将加工速度

提升 10-50 倍；激光可到达传统加工中的“死角”；增加有效瑞

利长度和纵向对准容差；避免羽流及飞溅物对光学元件的损伤

等。其次，动态光束加工是基于相干合成实现的。同一单频种子

源多路放大后再合束，具备 100 万瓦近衍射极限的光束质量输

出能力。动态光束加工可以通过光斑整形来提升焊接效果，也

可以通过光斑形状编程加工多层材料，还可以利用调制频率来

控制焊缝的深度和宽度。第三，集成加工则是激光加工的终极形

式，大科激光已就此提出光能站概念。光能站采用集中的激光

供应模式，包括大型兆瓦级激光发生器、输送系统、光闸、FFC

终端或 AO 终端及总控系统。激光将类似于水或电，可根据各

个工厂或者工位的实时需求进行供应，达到降低用户使用激光

成本、维护激光设备成本、灵活配置激光资源的目的。相信这项

技术未来 10 年内会在国内得以实现。

据李杰介绍，在新品开发方面，锐科激光一直致力于产品

品类向“全功率、全脉宽、全波长、全应用”的方向迈进，推动

光纤激光器价格降 低到早 期的 2% 以下，市场扩大 10 0 倍以

上；技术方面，公司也始终坚持技术引领，从增益光纤、半导体

激光泵浦源（激光芯片）、光纤器件等到光纤激光器整机实现

国产设备自主化生产，开创中国光纤激光器新体系；在市场战略、

国际合作及应用开拓方面，持续进行全产业链整合；进一步拓

展全球市场，持续打造全球一体化服务格局、布局新兴高端领

域应用。

“从去年开始，普雷茨特就已经在全力实施本土化战略。我

们在中国成立了研发团队，目的是为了更加贴近本地客户，更快

速、更高效地洞察客户需求。从产品策略上来说，我们依然以高

端智能产品为主导，依托核心竞争力，在激光加工头里增加更多

的智能传感器，以进行更智能化、精细化的数据采集和分析。张

云鹏说道。

赵巨云表示，凯普林未来一方面专注于激光器解决方案的

优化，为客户提供更加专业、全面的服务。另一方面以“客户为核心”

聚焦终端，积极突破技术壁垒，开发更多新兴的细分应用领域，

走出国门面向全球市场。

诚然，机遇与挑战并存，未来也将会逐步走向“规模化 + 专

业化”的竞争格局。“坚持产品技术创新，坚持精益制造，坚守

品牌之路，在主营领域持续打造核心竞争力，是企业持续快速

发展的必经之路。”他表示，凯普林将通过加大研发和创新的投

入，加强对人才的培养力度，提高自身的核心竞争力。同时，加强

知识产权保护，鼓励创新，防止技术仿制和侵权行为。此外，行

业企业之间需要进一步加强合作和协作，形成产学研用相结合

的良好机制，促进技术共享和资源整合，共同推动行业的可持续

发展。

于颖先指出，未来通用机型拥抱品质型机型势必成为主流

趋势。当前在海外市场，由于国产设备配置趋同，产品往往陷入

同质化低价竞争旋涡，单机价格约为通快、百超、天田等厂商同

类产品价格的 15%~20%，在海外无差别赚取高利润的时代已

不复存在。“事实上，国外部分市场客户群为非价格敏感型，尤

其在西欧、北美、日韩台湾等成熟市场，他们更希望用略高于当

前国产设备的价格买到优质产品，因而国产品质机型拥有较大

的发展机遇。”

由于激光工艺应用的持续渗透，当前设备已然无法满足新

行业所涌现的各种新需求；同时，由于新行业通常具有高技术属

性、窗口期时间短、解决方案尚不完整等特点，通常对设备的诉

求比较明确，但对其具体功能性需求并不清晰。对此，发那科与

设备厂家密切合作，发挥双方各自的优势，通过前期的磨合形

成互补的共同体，携手开发出满足新行业新需求的设备；并根据

市场的前沿发展趋势快速落地了一系列涵盖多轴复杂机型、机

床 + 激光机型等在内的新设备。

同时，北京发那科本土化的研发团队，围绕热点行业定向开

发新产品，更及时高效地满足国内市场的需求。与产业链凝心

聚力共发展，打造出完整的机型及生产线解决方案，将笼统模

糊的概念性需求快速落地为商业化产品。

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Laser Frontiers 激光前沿

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安全与标准 Safety & Standard

激光装备外部影响（干扰）危险的防护（下）

根据 GB/T18490.1-2017《机械安全激光加工机第 1 部分：通用安全要求》，使用激光加工机存在设备固有危险、外部影响（干

扰）造成的危险和其他潜在的危险三个大类。为使读者掌握预防各类危险的基础技能，防止激光装备受外部影响 ( 干扰 ) 导致

的各类危险造成的伤害，本期，《工业激光安全指南》项目主要介绍激光装备外部影响（干扰）危险防护第二部分的内容。

烟尘和气体的危险与防护

◎ 李 婷，国家激光加工产业技术创新战略联盟

陈毕双，广东省战略性产业人才培养与评价联盟激光与增材制造产业集群

在激光加工过程中会产生大量的烟尘，从而给员工带来很

大的身体危害，会对环境产生很大的破坏，同时也对产品加工

质量带来很大的影响，必须利用附加装置对烟尘进行及时、高

效的处理。在激光加工过程中需要不同类型的辅助气体，这些

气体大多具有高压、易燃、易爆的特点，成为激光加工时可能

的安全隐患。

（一）激光加工烟尘处理基本知识

1. 激光加工烟尘处理基本方法

由于激光加工烟尘既包含气溶胶污染物和大颗粒粉尘污染

物，又包含异味、有毒、有害气态污染物，因此用除尘这个专

业术语来表示烟尘中的气溶胶污染物和大颗粒粉尘污染物的处

理过程，用净化这个专业术语来表示烟尘中的气态污染物的处

理过程，在具体设备上往往同时采用除尘和净化两种方法，以

达到更好的烟尘处理效果。

2. 烟尘净化主要方法

（1）吸附法净化

吸附法利用多孔、松散的固体吸附介质吸附气态污染物，

常用吸附介质有活性炭、活性氧化铝分子筛等材料，吸附法废

气净化效率高，但要经常更换吸附剂。

（2）吸收法净化

吸收法利用液体吸收介质吸收气态污染物，水是最常用的

吸收介质，将气态污染物和水充分接触，气态污染物中很多易

溶于水的物质被水吸收溶解达到净化的目的，该工艺的缺点是

要进行“污水”二次处理。

（3）燃烧法净化

燃烧法通过燃烧氧化、裂解和分解气态污染物中的有机成

分，使其转化成无毒的 CO2 和 H2O 达到净化的目的，广泛应

用于有机溶剂及碳氢化合物的净化处理，如图 1 所示。该法简

便易行且可回收热能，但不能回收有害气体，易造成二次污染。

（4）冷凝法净化

冷凝法是利用气体物质具有不同饱和蒸汽压的性质，采用

降低气态污染物温度或提高气态污染物压力，使处于气体状态

的气态污染物冷凝并分离出来的过程达到废气净化的目的。

以上四种方法都各有其优点和缺点，在实际气态污染物净

图 1. 燃烧法废气净化示意图

图 2. 滤网级别和效果示意图

（1）过滤法除尘

过滤法除尘是强迫含烟尘溶胶污染物和大颗粒粉尘污染物

通过各种多孔滤芯或滤网将污染物截留下来的除尘方法。

滤芯或滤网可分为初效、中效和高效过滤三个级别，如图

2 所示。

初效过滤网主要用于过滤 5μm 以上粒子，故对工业废气

中 PM10 及以上的粉尘、烟尘、花粉等固体颗粒物可有效过滤，

同时能够有效保护后续滤网免受大颗粒灰尘污染，提高滤网的

使用寿命。

中效过滤网主要用于过滤 1-5μm 之间的粒子，过滤面积大，

吸附能力强，去除效率高，性能可靠且无二次污染。

高效过滤网主要用于过滤 0.5μm 以下的粒子及各种悬浮

物，故对工业废气中 PM2.5 及以下的化学烟雾、细菌、尘埃

微粒及花粉可有效过滤，对 0.3μm 以上的粒子过滤效果可达

到 99.9% 以上。

（2）高压电离子除尘

化中往往是几种净化方法联合使用。

3. 烟尘除尘主要方法

秘书长

首席专家

中国激光界/ 2023.12 43 www.chinalaser.org

Safety & Standard 安全与标准

图 3. 高压电除尘示意图

高压电除尘的优点是对大颗粒工业废气粒子净化效果显

著，噪声小。缺点是能耗较大，直流高压电场存在安全问题，

臭氧容易过量、集尘板需经常清洗、投资价格成本也比较高。

（3）人工负离子除尘

人工负离子除尘是利用负离子发生器产生负离子并扩散到

室内空间的除尘方法，适用于设备和人员活动空间的内环境。

（二）激光烟尘净化机基础知识

（1）大型激光烟尘净化机

大型激光烟尘净化机采用多种除尘净化方式来处理激光加

工时产生的烟尘和气味，基本结构和处理方式如图 4（a）所示。

激光加工时产生的烟尘从进风口抽入，初效过滤网过滤大

颗灰尘、动物毛发等杂物，高效过滤网可以过滤 94% 以上的

0.3μm 以上粉尘颗粒物，活性炭过滤吸附异味，二次高效过滤

再过滤掉活性炭可能产生的有害物质，出风口排放经过除尘和

净化后的空气。

 激光烟尘净化机结构

图 5. 被动吸附过滤式除尘净化方式示意图

带有粉尘颗粒的工业废气通过直流高压电场时气体被电晕

放电电离，带负电的气体离子在向阳极运动时使原本都是中性

或带弱电荷的粉尘颗粒也带负电向阳极运动，到达阳极后放出

电子，粉尘颗粒沉积于阳极集尘板，除尘后的洁净气体再经过

滤网排出，如图 3 所示。

（2）主动式除尘净化方式

主动式除尘净化方式主动向空气中释放负氧离子和臭氧等

空气净化因子，通过空气弥漫性的特点到达室内的各个角落对

空气进行无死角净化。

（四）激光加工常用气体基础知识

1. 激光加工中常用辅助气体

（1）工艺辅助气体

工艺辅助气体主要有起到助燃作用的压缩空气、高纯氧气，

有起到工件保护作用的高纯氮气、高纯氩气等，如图 6 所示。

（2）设备辅助气体

设备辅助气体主要是驱动气缸夹紧工件和光路正压除尘的

压缩空气。

图 4. 激光烟尘净化机基本结构

（a） （b）

图 6. 激光焊接工艺辅助气体示意图

（2）小型激光烟尘净化机

小型激光烟尘净化机结构上更简单，可折弯软管直接对准

加工时产生的烟尘处，烟尘通过初效过滤网、中效过滤网和高

效过滤网三层过滤即可过滤掉大部分烟尘，如图 4（b）所示。

2. 辅助气体纯度与作用

（1）气体纯度与加工质量

辅助气体纯度对激光加工质量有很大影响，表 1 表示的是

在一定条件下氮气纯度和激光切割质量的关系。

可以看到，氮气中所含氧气成分和水分不但影响激光切割

质量，而且会对激光器造成危害，气体纯度级别越高，产品加

（三）洁净厂房基础知识

1. 洁净厂房设计规范简介

激光加工设备特别是高档激光器的制造有时要使用到洁净

厂房，《洁净厂房设计规范》（GB 50073-2013）适用于新建、

扩建和改建洁净厂房的设计。

2. 洁净厂房除尘净化方式

（1）被动吸附过滤式除尘净化方式

图 5 是洁净厂房被动吸附过滤式除尘净化方式示意图。室

外含有各类污染物的空气通过风机抽入，初效过滤网过滤大颗

灰尘、动物毛发等杂物，HEPA 高效过滤网可以过滤 94% 的

0.3μm 以上粉尘颗粒物，活性炭吸附异味，纳米光触媒和 UV

紫外灯起到杀菌的作用。可以看出，洁净厂房同时采用了除尘

和净化两种方法。被动式吸附净化空气流动存在死角，净化器

周围净化效果好，环境整体净化效果差一些。

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安全与标准 Safety & Standard

表 1. 氮气纯度和激光切割质量的关系

动力失配和电磁干扰的危险与防护

动力失配会使得激光设备安装调试和激光加工过程中断，

对设备和人员产生意外风险，电磁干扰会使得激光设备和激光

加工的质量受到影响。

（一）动力失配危险基础知识

1. 动力源中断 / 电压波动基本知识

（1）动力源中断基本知识

一台功能完整的激光设备可能有多个动力源，如激光器和

各类装置使用的各类动力电源、夹紧和移动工件的各类动力气

源和动力液压源、真空源等。动力源中断就是设备动力源发生

不可预知的故障而停止工作的过程。

2. 动力源中断 / 电压波动危害

（1）动力源中断危害

动力源中断可能引起在电力传输或流体的动力部件中形成

的危险，如触电、静电、短路，液体或气体压力超过额定值而

使运动部件加速、减速形成意外伤害。在发生动力源中断时，

激光器和其它负载应该保证不会发生电气或机械危险。

（2）电压波动危害

工作电压正向 / 上升波动的除了引起激光器功率损耗，步

进电机等器件过热、绝缘老化、寿命缩短以外，还可能使设备

保护和自动装置误动作、测量仪表计量不准确、产生机械振动、

噪声等故障，甚至产生原因不明的故障，引起严重事故。

（二）电磁干扰危险基础知识

1. 电磁干扰源种类

（1）电磁干扰源基本概念

电磁干扰是一种电磁信号（通常是有害信号）干扰另一种

电磁信号（通常是有用信号）造成有用信号的完好性降低的现

象，英文简称为 EMI。

电磁干扰源的分类方法很多，按照干扰来源分类，电磁干

扰源可分为自然干扰源和人为干扰源，人为干扰源又可以分为

功能性干扰源和非功能性干扰源两个大类，功能性干扰源是指

设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰，非功能性干

扰源是指各类装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生

的副作用，如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰，如图 7 所示。

（2）主要自然干扰源

主要自然干扰源有如下几类，第一类是大气噪声干扰，如

雷电产生的火花放电属于脉冲宽带干扰，其频率覆盖从几 Hz

到大于 100MHz。第二类是太阳噪声干扰，专指太阳黑子的辐

射噪声。第三类是指来自宇宙天体的噪声。第四类是静电放电，

静电电压可高达几万到几十万伏，常以电晕或火花方式放电，

会产生强大的瞬间电流和电磁脉冲导致器件及设备的损坏。

（3）主要人为干扰源

主要人为干扰源有如下几类，第一类是无线电发射设备，

包括移动通信系统、广播、电视、雷达、导航及无线电接力通

信系统。第二类是各类设备，如感应加热设备、高频电焊机、

X 光机、高频理疗设备等。第三类是电力设备，包括伺服电机、

电钻、继电器、电梯等设备通、断产生的电流剧变及伴随的电

火花成为干扰源、间断电源（UPS）等。第四类是汽车、内燃

机点火系统。第五类是电网干扰。

（4）主要内部干扰源

主要内部干扰源有如下几类，第一类，工作电源通过线路

的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰，此类干扰与工作

频率有关；第二类，信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互

图 7. 自然干扰源和人为干扰源分类示意图

工质量越好。 氮气也主要起到加工过程中的保护作用，但保护效果没有

氩气强。主要用于激光焊接、切割和打标中的保护气体，适合

加工铝、黄铜等低熔点材料，也可用于不锈钢的无氧化切割，

还能用来加工木材、有机玻璃等特殊材料。

（3）氧气的应用

氧气主要起到加工过程中的助燃作用，还可以与乙炔、丙

烷等可燃气体配合使用，主要应用于碳钢或不锈钢切割。

（4）压缩空气的应用

压缩空气在激光加工中具有以下作用。第一，驱动夹紧气

缸夹紧工件不动，使加工稳定进行。第二，使激光设备光路系

统始终保持正压，避免镜片污染，延长镜片使用寿命。第三，

去除烟尘、清理加工工件表面。第四，在激光加工中代替氧气

起助燃作用。

3. 辅助气体的应用

（1）氩气的应用

氩气主要起到加工过程中的保护作用，例如，铝、镁、铜

及其合金和不锈钢的焊接与切割过程，在金属的冶炼、光电器

件生产和民用工业中也有广泛应用。

（2）氮气的应用

中国激光界/ 2023.12 45 www.chinalaser.org

Safety & Standard 安全与标准

相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；第三类，设备或系统

内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性造成的

干扰；第四类，大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦

合影响其它部件造成的干扰。

（5）主要外部干扰源

主要外部干扰源有如下几类，第一类，外部高电压、电源

通过绝缘漏电干扰设备；第二类，外部大功率设备产生强磁场

通过互感耦合干扰设备；第三类，空间电磁波对设备产生干扰；

第四类，工作环境温度不稳定，引起设备内部元器件参数改变

造成的干扰；第五类，电网供电设备电源变压器所产生的干扰。

2. 电磁干扰 / 无线电干扰危害

（1）电磁干扰对设备的危害

电磁干扰对设备的危害主要体现在干扰设备的数据传输，

对设备的功能造成多种多样的影响，例如，电磁干扰可能使广

播信号噪声过大、电视屏幕出现雪花、飞机起降出现偏差、心

脏起搏器停止运行、仪表读数发生偏差甚至设备的主控制系统

发生故障，设备误动作产生严重事故等等危害。

在激光设备中，大功率激光电源、声光 Q 电源等是产生电

磁干扰的主要部件，振镜和各类板卡是主要被干扰的器件。设

备受到电磁干扰后，往往可以看到程序中设置是直线，但是加

工产品的结果却是波浪线，电磁干扰的特征明显。

（2）电磁干扰对人体的危害

电磁干扰对人体的危害主要有热效应、非热效应和累积效

应。电磁干扰的热效应是指人体体温异常升高导致细胞、组织

和器官不能正常工作的现象，它们对人体的伤害与电磁干扰的

强弱有很大关系。电磁干扰的非热效应是指人体周围存在的微

弱电场被电磁干扰破坏处于不平衡状态，典型的危害有人体免

疫功能下降、听觉和嗅觉能力下降、反射刺激行动缓慢。电磁

干扰的累积效应是指机体在原有的电磁损伤还未完全复原之前

再次受到电磁损伤，长久积累引发机体的各种异常突变。

（三）电磁干扰 / 无线电干扰危害防护

1. 电磁干扰三要素与抗干扰方法

（1）电磁干扰三要素

干扰源是产生干扰的电子电气设备或系统，说明干扰从哪

里来。干扰路径是将干扰源产生的干扰传输到敏感设备的途径，

说明干扰如何传输。敏感设备是受到影响的设备，说明干扰到

哪里去。

（2）抑制电磁干扰的方法

第一，设法降低电磁波辐射源或传导源；第二，设法切断

电磁干扰路径；第三，增加敏感设备的抗干扰能力。对于特定

设备和环境而言，第二条和第三条是主动抗干扰方法。

2. 屏蔽抗干扰方法

（1）电磁屏蔽工作原理

电磁屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属隔离，控制电

场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射，简

单来说就是阻断设备电磁波的传播路径，具体来说就是利用电

磁屏蔽体将电磁干扰源包围起来防止向外扩散，同时防止它们

受到外界电磁场的影响，如图 8（a）所示。

图 8. 电磁屏蔽工作原理示意图

表 2. 常用电磁屏蔽材料特性及应用场合

当电磁波传播到屏蔽体表面时，由于空气与屏蔽体界面处

阻抗发生突变，电磁波的反射现象首先产生反射耗损。进入金

属屏蔽体内部的电磁波会由于感应电动势形成涡流产生吸收损

耗。在屏蔽体内部未衰减掉的电磁波传播到屏蔽体另一表面时

再次发生阻抗突变，会重新返回屏蔽体内后产生多次反射直至

大部分完全耗损，达到电磁屏蔽的效果，如图 8（b）所示。

（a） （b）

1. 激光打标机电磁干扰三要素

（1）干扰源：Q 驱动器（声光电源）、激光电源等器件。

（2）干扰通道：驱动电路和机柜里面的电磁波辐射。

（3）被干扰的器件：振镜、激光打标卡等器件。

2. 激光打标机电磁干扰案例分析

激光打标机遇到信号干扰时，加工出来的直线往往会是波

浪状。这主要是振镜信号或激光打标卡受到信号干扰的结果。

干扰的主要因素有激光电源和声光驱动器，如果怀疑有外

界电网波动对振镜的干扰作用，可以在不开激光电源驱动器的

时候，用指示红光扫描，观察红光图案线条是否呈现波浪线状。

在确定外界电网没有干扰的情况下，可以先启动激光电源，

看看有没有波浪线产生；然后将激光电源输出功率逐渐加大，

观察扫描线条的效果；最后启动声光驱器观察，波浪现象发生

在哪一步便基本可能判断出干扰来自哪部分，找出干扰源后再

“对症下药”。

理论上可以证明，电磁波频率增加，吸收损耗的比例随之

增加，反射损耗的比例随之减少。影响材料电磁屏蔽效能的因

素包括材料的电导率、磁导率及厚度等，常用电磁屏蔽材料特

性及应用场合如表 2 所示。

（四）激光设备抗电磁干扰 / 无线电干扰器件案例

46 中国激光界/ 2023.12

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激光器，采用独特的风冷散热模块，在国内首款实现工业级飞

秒激光器的风冷散热。全光纤结构的 FemtoA-10 工业级飞秒

激光器 技 术成熟度达 到 9 级，国产 化 率 90% 以上。激光输出

头 在 国 内 竞 品中 体 积 最 小（440mmx270mmx169mm），兼

备传输光纤长度可定制的柔性铠缆和适合飞行平台加工等特

点。全光纤结构、功率 稳定性优于进口激光器，实现平均功率

RMS<0.1% @100h，功率峰值 <0.5% @100h。激光光束指向

稳定性＜ 20µrad，光斑圆度＞ 90%，可保证 7 天 24 小时工作。

同时，这款优化后的飞秒激光器尺寸在国内做到最小化，

光束指向性性能优良 , 使得本款激光器的应用从精密细微标记、

材料表面性能改性、玻璃炫彩、OLED 加工、显微成像扩大到白

内障、屈光、医疗器械等医疗行业；同时可定制铠缆长度的柔性

传输特点能满足大幅面曲面加工的需求。

硬科院：蓝红光复合焊接系统

硬科院专注于工业级蓝光半导体激光器的研发及制造，已

推出 100W-1000W 自由输出及标准光纤输出蓝光半导体激光

器等产品，以及蓝光焊接头、熔覆头、红蓝光复合焊接头、温控

系统等加工配套产品，并且提供各类金属焊接、熔覆、焊锡样品

打样和产品试机服务。

硬科院蓝红光复合焊接系统充分发挥蓝光高吸收率 + 红光

高能量密度优势：可焊接多种有色金属和不锈钢材料，以及异种

材料焊接；焊接过程熔池稳定，可实现无飞溅（spatter free）

或少飞溅（spatter less）；焊接速度快、焊接熔深大；焊接外观

效果好，焊接界面强度高，适用于高精细度要求的焊接场景。

左图：硬科院 800W 蓝光 +3000W 红外复合焊接系统；右图：硬科院蓝红光

符合焊接技术及其焊接样品示例

电话：+86 1766 5114 560

邮箱：chenying@kctii-gba.com

网址：kctii-gba.cn

嘉强：AK090-4FC 连续可调矩形光斑封边头

AK090-4FC 连续可调矩形光斑封边头具备以下优势：

• 基于纯光学设计全幅面光束匀化，

可同时满足 10-60mm 板厚的封边加工需

求，光束自动连续调节，长期使用稳定性高；

• 可 调 幅 度 大，应 用 范 围 广 泛；10-

60mm 范围光束 连 续可调，可覆盖目前激

光封边主流板厚需求具备；

• 矩形光束全幅面能量均匀分布，封

边一致性高；

• 高效冷 却、全密封结构，可选配全

闭环温度监控系统、视觉系统等，确保加工

过程稳定可靠。

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邮箱：sales@empower.cn

网址：www.empower.cn

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公司中英文名 武汉华工激光工程有限责任公司 / Wuhan HGLaser Engineering Co.,Ltd 奔腾激光（浙江）股份有限公司 / Penta Laser (Zhejiang) Co., Ltd 武汉华日精密激光股份有限公司 / Wuhan Huaray Precision Laser Co., Ltd. 湖南大科激光有限公司 / Hunan DK Laser Co., Ltd. 北京凯普林光电科技股份有限公司 / BWT Beijing Ltd. 上海嘉强自动化技术有限公司 / Shanghai Empower Technologies Co.,Ltd. 深圳市大族光聚科技有限公司 / Han's Focus Technology Co., Ltd. 北京金橙子科技股份有限公司 / Beijing JCZ Technology Co.,Ltd. 北京发那科机电有限公司 / BEIJING-FANUC Mechatronics Co.,Ltd. 中国光学学会激光加工专业委员会 / Laser Processing Committee of China Optical Society主营产品 激光加工装备 激光加工装备 激光器 激光器 激光器 智能激光加工头、智能软件、智能 硬件、激光制造综合解决方案等 光纤激光头、配件制造及技术研发 服务软件 / 控制系统 软件 / 控制系统 学会电话+86-27-8718 0200 400 058 7567　 +86-27-8718 0496 400 103 9198 400 922 0010 400 676 1510 400-666-4000 +86-755-2930 7733 +86-10-6442 6993 +86-10-6298 4726 +86 21-6422 7838电邮network@hglaser.com info@pentalaser.com info@huaraylaser.com DK@dklaser.com sales@bwt-bj.com sales@empower.cn gj@hanslaser.com market@bjjcz.com market@bj-fanuc.com.cn coslpc@chinalaser.org页码P25 C2 C4 P39 C3 P1P21 P41 P35 P26网址www.hglaser.com www.pentalaser.com www.huaraylaser.com www.dklaser.com www.bwt-bj.com www.empower.cn www.hansfocus.com www.bjjcz.cn www.bj-fanuc.com.cn www.chinalaser.org

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