炬光科技研究：深耕激光上游元器件激光雷达应用打开成长空间

炬光科技研究：深耕激光上游元器件，激光雷达应用打开成长空间一、深耕高功率半导体激光元器件，拓展布局应用模块与系统1、十余年激光技术积淀，成就国产激光元器件先行者炬光科技主营高功率半导体激光元器件、激光光学元器件，凭借技术研发领先优势成为国内激光行业品牌高科技企

业。公司创始人刘兴胜具有博士研究生学历，2001-2015

年先后任美国康宁公司高级研究科学家、美国相干公司高

级资深工程师、美国恩耐公司工艺工程技术总监、任中国科学院西安光学精密机械研究所研究员（博士生导师），

2008

年至今任炬光科技董事长兼总经理，具有丰富的激光行业知识和经验。自

2007

年成立以来不断奋斗于做好产品研发，扩大产业规模，为客户提供高质量的解决方案。成立之初炬光科技主

产高功率半导体功率器；于

2008

年发布首款

QCW250W单巴和

5000W叠阵产品；在

2009

年成功交付千瓦级面

阵半导体激光器；2010

年批量投产自主研发无铟化硬焊料，并投产首款耦合模块产品；2017

年炬光科技成功收购

全球微光学领域领具有先进技术的德国

LIMO，之后致力于拓展激光光学元器件新兴应用领域。目前，公司拥有半导体激光、激光光学、车用激光雷达、光学系统四大业务，在中国西安、东莞、海宁、德国多特

蒙德拥有生产基地和核心技术团队，已通过

ISO14001、ISO45001、ISO9001:2015

和

IATF16949

等质量管理体

系认证，是一家具有高研发创新能力的高科技企业。公司创始人刘兴胜通过直接持有和一致行动协议约定拥有

31.99%的表决权，为炬光科技实际控制人，现任董事长

兼总经理。上市后公司股东现有持股比例均降低，但刘兴胜仍拥有多数表决权，刘兴胜在上市前后分别直接持股

11,953,400

股、11,953,400

股，对应

17.72%、13.29%股份。公司拥有

6

家全资子公司和

2

家控股子公司，开展技术研发、拓展业务、推广销售等活动，包括香港炬光、LIMO、

欧洲炬光、域视炬光、美国炬光、东莞炬光

6

家全资子公司，公司通过香港炬光持有

LIMO100%股份；通过

LIMO和东莞炬光开展激光光学业务；通过欧洲炬光和美国炬光开展产品推广和销售业务；通过域视炬光开展半导体激光

业务。炬光科技持海宁炬光

65%股份，是海宁炬光的实际控股股东，通过海宁炬光持有

LIMODisplay股份，并通过

海宁炬光和

LIMODisplay开展光学系统业务。2、传统激光元器件业务稳中有升，激光雷达或打开新增长曲线2018-2020

年公司营收

3.55

亿/3.35

亿/3.60

亿元，复合增速

0.71%，归母净利润

1867

万/-8043

万/3487

万元，复

合增速

36.68%，2020

年公司半导体激光业务/激光光学业务/汽车应用业务/光学系统业务分别营收

1.40

亿/1.82

亿

0.29

亿/0.04

亿元，预告

2021

年归母净利润

0.6-0.7

亿元，同比增长

72.07%-100.75%，扣非净利

0.44-0.54

亿元，

同比增长

125.21%-176.39%。2）激光光学领域，公司产品主要服务于光学整形及场强匀化，可应用于激光雷达模组、3D成像等领域。如光场匀

化器通过对激光光斑进行匀化，可实现半导体晶圆表面均匀曝光，提升良率，应用于光刻机曝光系统。微透镜阵列

及广角光束扩散器分别通过将激光均匀投射在较小、较大的视场角范围，实现将光强在整个视场角范围按照一定曲

线函数分布，应用于激光雷达、3D成像、机器视觉检测等领域。3）近年来公司向激光产业链中游延伸，开拓了汽车激光雷达（LiDAR）及智能舱内驾驶员监控系统（DMS）市场。

其中

AL01

系列光源模组可应用于智能驾驶纯固态闪光式激光雷达；VCSEL激光器与车规级光束扩散器集成封装而

成的光源模组可通过更有效精确地识别、监控驾驶员行为，提高驾驶过程中的安全性。4）光学系统业务也为公司正在扩展的领域，下游主要应用于手机等电子设备显示面板。激光剥离可利用激光能量实

现剥离基板与

OLED器件的分离，是柔性

OLED面板生产中的关键制程之一。激光退火是

OLED和

LCD生产中的

关键制程之一，是显示屏实现高清分辨率的关键环节。公司产品包括固体激光剥离（LLO）线光斑系统及固体激光

退火（SLA）线光斑系统，其中前者已取得国际主流面板厂商生产线初步市场份额，包括韩国

LG、京东方、日本夏

普。公司毛利率过去几年总体稳定，其中激光光学和半导体激光器两项业务毛利率有所增长。按业务看，1）半导体激光

器的毛利率持续提升，2021H1

为

50%。2）激光光学毛利率

2021H1

为

62%，居各类业务之首，这一方面得益于

公司对

LIMO的收购整合，东莞炬光新增光束准直转换系列产品的后端生产线；另一方面由于

LIMO自身业务水平

提升，生产运营效率不断优化，协同效应逐渐显现。3）汽车应用业务毛利率近几年维持

45%以上。4）光学系统毛

利率与其他三项业务相比波动大。2017-2019

年公司归母净利润较低，2019

年因减值、整合

LIMO等原因亏损，2020

年后随着前期储备业务的放量、

行业景气度的回暖，叠加产能的释放作用，公司归母净利润回归积极走向，2021Q3

实现归母净利润

5690

万元，同

比增长

122%。公司管理层具有丰富研发经验，深度把握产研方向。截至

2012

年

12

月，公司董事长兼总经理刘兴胜，获美国弗吉

尼亚理工大学电子封装专业博士学位，具有激光行业著名企业美国康宁、相干、恩耐研发与管理经验，任中国科学

院研究院博士研究生导师，发表激光行业相关学术论文

100

余篇，申请专利

100

多项，并作

30

多篇国际受邀报告，

任中国光学学会理事、中国激光加工专业委员会常务委员、SPIE和

IEEE技术委员会委员，获首批“全国创新争先

奖”。刘兴胜曾带领科研团队撰写高功率半导体激光器封装专著《PackagingofHighPowerSemiconductorLasers》，

并由世界著名出版商

Springer（施普林格）出版发行。公司首席技术官石钟恩博士，具有美国康宁、贝尔实验室

30

多年的研发与管理经验，发表学术论文

300

余篇，拥有光电子器件和光通信领域

54

项专利。2021H1，公司员工总人数为

668

人，其中研发人员

154

人，占比为

23.05%；研发人员中，拥有本科及以上学历者

共

132

人，占比

86%，拥有硕士及以上学历者共

76

人，占比

49%。截至

2021

年

6

月

30

日，公司在中国境内依法

取得专利证书的专利共计

295

项，其中发明专利

117

项、实用新型专利

150

项、外观设计专利

28

项，在中国境外

依法取得专利证书的专利共计

110

项。公司科技成果分别获得陕西省科学技术奖一等奖、西安市科学技术奖一等奖，

2019

年被国家知识产权局授予“国家知识产权示范企业”。二、产生光子+调控光子，产业链布局完善助力均衡增长1、产生光子：国产替代+客户拓展，半导体激光器及元件业务稳健增长激光器指可产生激光的自激振荡器。根据光的受激辐射原理，若想要发光，物质必须处于粒子数的反转分布状态，

即高能级粒子数多于低能级粒子数（N2>N1），此时在外来光子的激发下，物质中的受激辐射大于受激吸收，工作物

质的原子发生能级跃迁，由基态跃迁到激发态。由于激发态不稳定，原子会自发回归基态，并同步发射光子，此时

光得到放大。然后类比振荡器的电路反馈概念，将已放大的光部分反馈，进一步放大，产生振荡，发出激光束。高功率半导体激光器具有效率、可靠性、成本、尺寸等方面的优势，但由于其产生的光束质量较差，目前主要用于

光纤激光器和固体激光器的泵浦源。但通过微光学透镜对激光整形，满足应用的光斑形状、功率密度和光强分布后，

可将高功率半导体激光器直接用于无需高质量激光束的场景。激光产业链包括上游元器件和材料、中游激光设备、下游激光加工服务。目前激光最大的应用市场为材料加工与光

刻，包括焊接、退火、切割等金属加工场景；光刻、缺陷修复、钻孔等半导体和微电子制造场景。之前先进封装技术一直由国外公司垄断。在封装环节会面临铟热疲劳、电热迁移、形成氧化缺陷、可靠性稳定性差

等问题，针对这些问题，目前公司经过长期努力与投入已成功掌握或开发共晶键合、热管理、热应力控制、界面材

料与表面工程和测试分析诊断

5

大核心技术。全球高功率半导体激光器按照应用可分为直接应用类器件/系统，和作为固体激光器泵浦源以及作为光纤激光器核心

器件。高功率半导体激光器直接应用时，因其电光转换效率高、体积小、寿命长等特点，应用于医疗、工业、国防、

科研以及激光雷达等领域；作为固体激光器泵浦源以及光纤激光器核心器件时，则以半导体激光器发出的光，泵浦

增益介质晶体或光纤产生光，以获得更好的光束质量，应用于更广泛的下游领域。公司产品目前兼顾上述两种类型需求，客户中锐科激光、创鑫激光等光纤激光器企业普遍购买预制金锡材料（如预

制金锡薄膜陶瓷热沉）、单（非）球面柱面透镜（如快轴准直镜）等元器件自产通用、比较标准化的半导体激光器作

为光纤激光器泵浦源。中国科学院、D公司等固体激光器科研单位或企业会购买上游企业专用、高度非标准化的半

导体激光器作为固体激光器泵浦源。A公司、德国大陆集团、以色列飞顿等会购买各类光学和激光元器件产品用于

光刻、激光雷达、医疗健康领域的直接应用。激光行业上游规模较小，产值在产业链占比约

20%。在半导体激光加工应用及中高功率光纤激光器差异化需求推动

下，半导体激光器快速发展。1

万

W以上的高功率直接半导体激光器由于其使用维护费用低、光强分布均匀、电光效率高的特点，主要应用于熔

覆。激光熔覆即为受损备件修复或表面改性的过程，是在

20

世纪

70

年代随大功率激光器发展而兴起的技术。通过

将涂层材料放置至被涂覆基体表面，经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，快速凝固后可形成冶金结合状表面

涂层，得到新备件。与传统电镀方式相比，激光熔覆效率高、无重金属、氰化物等污染排放。在激光器降价趋势下，

激光熔覆有望替代传统电镀方式，成为广泛使用的表面改性技术。公司基于高可靠性无铟化高功率半导体激光元器件，并通过结合激光光学匀化技术，开发出

Dlight系列激光熔覆用

工业应用模块，大幅提高了高端装备制造业的工业化效率和精细化水平，已与山东能源重型装备制造集团、必盛激

光等行业知名客户保持合作。中低功率光纤激光器基本完成进口替代，高功率激光器国产化比例逐年增长。由于海外激光器企业起步较早，占据

技术优势，以美国、德国、法国为首的国际巨头企业如相干、通快等占据主要市场份额。比如成立于

1990

年、始终

坚持垂直化生产的

IPG，最高曾占据全球

70%的市场份额，极大压制了激光器零部件厂商的发展。随国内激光器制

造商技术水平提升，国产制造商与国际巨头正面竞争，2017-2020

年行业陷入激烈价格战，国际企业在中国市场份

额逐年走低，IPG市场份额由

2017

年的

52.7%降至

2020

年的

34.6%。目前，中低功率光纤激光器基本完成国产化，

高功率激光器仍存降价空间，国产化比例稳步增长中。2、调控光子：收购

LIMO向中游延伸，激光光学元件等业务有望提供增量自

2017

年收购全球微光学领导企业德国

LIMO后，公司业务覆盖半导体激光器“产生光子”及激光光学“调控光

子”两大领域。光子调控方面，公司目前已掌握线光束转换、光场匀化、光斑整形技术、晶圆级同步结构化激光光

学制造

4

项国际领先核心技术，打破国际垄断，是国内第一家拥有相关先进产品的公司，相关产品除可通用或定制

销售于国内外客户之外，还适用于公司半导体激光器、激光光学产品、光学系统产品和汽车应用产品中。光束转换技术提高大功率巴条激光器与光纤耦合效率。光束转换技术是指将半导体激光器快慢轴两个方向光束质量

极不对称的光束转换为两个方向具有基本相近光束质量的光斑。光束转换器（BTS）可将半导体激光巴条的不对称

远场分布转换成近乎对称的光束参数产品，此外还可利用额外

HOC产生对称焦点，通过抗反射膜降低高功率应用中

材料吸收，应用于准直激光的自由光束、提高大功率巴条激光器与光纤耦合效率。光场匀化技术应用于全球高端光刻机生产商的核心设备中。通过独特的光学设计级微透镜加工，将各类能量非均匀

分布的激光光束转化为各个方向能量均匀分布的光斑以实现业界高标准的光斑匀化。LIMO光场匀化器可生成多种平

顶、矩形、方形和线形匀场光束，均匀性达到技术极限（99%），高达

90%的光学效率有助于降低高昂的激光能量

成本，其尺寸在

12mm-35mm内可调，具有高

NA、高填充因子和极化保持性能特点，目前已为世界顶级企业的半

导体光刻设备提供激光匀化系统。

线光斑整形技术助力工业加工及其他应用，使用效率大幅提升。线光斑整形技术是指将点状激光光斑整形成为具有高

长宽比、高能量均匀性、微米级线宽的光学整形技术。公司的线光斑整形技术可以做到将一束或多束（上至

12

束）对称

光（如高斯）整形和转化为超均匀高能量密度线光斑。当前，公司

750

毫米线光斑系统，均匀度可达

97%以上，已批量

使用在业界领先的柔性

OLED产线上。晶圆级同步结构化激光光学制造技术实现零维、一维、二维三个维度上对多种类型激光光束的精准整形和调控。基

于公司晶圆级同步结构化激光光学制造技术可生产尺寸达

300

x300

mm²

的抛光晶圆，实现只需一个工艺步骤即可

将高品质玻璃或水晶制成上万枚高品质透镜。此项制造技术亦可用于制备纳米级精度折射型微透镜阵列（ROE)，该

ROE中每一个单透镜的表面形状都可做定制化设计来达到优化的光强分布。公司高精度激光光学制造工艺可确保大

批量生产的高一致性。结合不同玻璃材料的特点以及

ISO9001

认证的镀膜技术，可以提供多种多样的微光学解决方

案。3、新市场取得一定突破，多项产品带来新增长点公司预制金锡材料实现激光器关键原材料国产替代。预制金锡材料是光纤激光器的核心元器件，公司突破了金锡薄

膜制备关键技术，解决了激光二极管芯片键合工艺中导电导热性能优化和热应力控制问题，实现了光纤及高功率半

导体激光器关键原材料国产替代。2020

年，公司预制金锡薄膜陶瓷热沉产品开始获创鑫激光、美国

LDXOptronicsInc.等国内外光纤激光器厂商批量订单，大量出货，实现收入

131.8

万元，为公司开辟的新的收入增长点。光场匀化器是光刻机核心元器件。光场匀化器是将光强分布不够均匀、不能满足特定应用需求的入射光通过光束整

形变换为光强分布均匀性提高、能够满足应用需求的光学元器件。光场匀化器是多项光学高端设备如光刻机的重要

核心元器件，主要解决激光光场不均匀的问题。激光光场强度不均匀会造成在半导体晶圆表面曝光不均，影响晶圆

加工的成品率。通过光场匀化器对激光光斑进行匀化，可实现对半导体晶圆表面均匀曝光，提升良率。公司光场匀化器为

ASML核心供应商

A公司供货。光刻机是生产半导体集成电路芯片的核心设备，也是我国在半导

体集成电路芯片制造设备领域的主要瓶颈之一。公司为半导体光刻应用领域提供光刻机曝光系统中的核心激光光学

元器件光场匀化器，除为多家行业知名半导体集成电路设备科研和生产机构提供相关产品外，还是是荷兰

ASML光

学设备核心供应商

A公司的重要供应商。2018-2021H1，公司向

A公司提供应用于光刻产品的光场匀化器销售额分

别为

1182/1795/1609/619

万元，除

2020

年外，平均毛利率均在

60%以上，在该市场的突破为公司带来了新的业务

增长点。随着全球光刻机需求的持续增长，公司光场匀化器有望受益同步增长。公司光场匀化器技术领先。公司产品为整片透镜，单面或双面柱面阵列结构，

外形尺寸通常由定制化程度决定，具

有优秀的技术特性。公司微透镜阵列由于加工精度高，表面粗糙度在纳米级别。光场匀化器主要技术指标为均匀度，

表明了光场匀化器的匀化效果，不均匀度值越小对技术和工艺的要求越高，公司对光斑的光场匀化器产品不均匀度

最高仅为

1%，指标优于

SuessMicroTec、Jenoptik等可比公司。激光退火逐步替代传统炉管退火技术。激光退火是利用激光对材料进行热处理进而改变材料性能的激光加工方法，

为显示面板制造、半导体晶圆制造等领域核心技术，技术路线包括相干公司全球优势的准分子激光退火（ELA）和

公司正在研发的固体激光退火（SLA）技术。其以较低的热预算,可以在瞬间达到较高的退火温度,工艺过程高度可控,

制程可重复性好,已经广泛应用于半导体工业界。近

20-30

年来，随着超大规模集成电路制造技术新型薄膜晶体管显

示技术和大面积

OLED显示技术的日益成熟和规模化，激光退火技术逐渐取代传统炉管退火技术，成为半导体制造

领域的主流技术。三、激光雷达行业大幕开启，切入发射模组及元件长线可期自动驾驶技术的实现主要通过感知、决策、执行三个步骤，其中感知步骤即为通过使用多种传感器来搜集外界环境

变化情况。所以传感器是自动驾驶技术实现的关键部件之一。在

L0-L2

阶段，感知能力的提升是自动驾驶技术的重

要关注点。主流感知方案主要有两种，摄像头等视觉传感器、雷达。纯摄像头方案的瓶颈在于需要海量场景数据、

感知精度高度依赖视觉识别算法，目前只有少量车企（比如特斯拉）采用此方案。主流选择为以激光雷达为主的多

传感器融合方案。随自动驾驶等级提升，单车所需激光雷达数量同步攀升。LiDAR，是以激光为信息载体，通过检测与目标发生相互作用后的激光反射回波信息，来实现对一定距离内目标特

征信息的探测、识别或跟踪的雷达系统。激光雷达是无人驾驶汽车技术的重要传感器件，在绝大多数无人驾驶技术

路线中均有所采用。激光雷达光电系统包含三大模块，分别为激光光束发射、激光光束操纵、激光光束接收。其中

发射模组由激光光源和光学整形元器件组成，光源包含激光雷达面光源和线光源。收、发模组成本占据激光雷达成

本的

63%，成本占比较高。车规级激光雷达市场空间广阔，2026

年预计规模达

57

亿美元。激光雷达有机械式、扫描式、固态式几种技术路线。机械式激光雷达技术成熟度高，但具有高成本、使用寿命短的

缺点。目前主流车企宣布的

L3

量产车项目大多选用固态或混合固态激光雷达方案。固态激光雷达可以避免旋转带来

的不稳定性，激光雷达固态化已成为业内趋势之一，预计

2025

年将迎来快速起量。汽车激光雷达具有高技术壁垒。车规级激光雷达认证难度高于消费级，要实现前装的产品需要通过

DV（设计验证）、

PV（生产验证）、EMC（电磁兼容性）等标准认证，并进行撤柜振动、冲击等测试检验。目前仅有

4

款激光雷达通

过车规级认证，其中法雷奥

Scala2、华为

HI方案激光雷达、镭神智能

CH32

均采用了转镜方案，大疆

Livox则为棱

镜方案。目前我国激光雷达与海外并驾齐驱发展，预计未来市场份额将集中于具备技术优势、掌握行业大客户的企业。该行

业市场参与者众多，从传统汽车零配件供应商到高科技初创公司均有涉足。2018

年前后，机械式激光雷达厂商

Velodyne在无人驾驶激光雷达领域占据近

80%市场份额，之后禾赛科技、速腾聚创等企业逐渐实现份额替代。搭载激光雷达车型快速增长，成本下探加速量产落地。从

2017

年到

2022

年，宣布上市的车型中，搭载激光雷达的

车型数量快速增长。2017

年仅奥迪旗下一款车型搭载激光雷达，2021

年达到

10

个，2022

年则进一步提升至

13

个

车型。激光雷达价格降幅明显，2014

年

Velodyne的产品处于

7

万美元级别，到

2020

年主流厂商价格已低至

1

千

美元，甚至大疆的

Horizon仅

800

美元。四、募投项目：扩产微光学及应用、激光雷达发射模组等公司本次公开发行普通股（A股）2249

万股，占公司发行后总股本比例

25.00%，募集

17.69

亿元资金，部分用于

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