炬光科技研究報告：深耕激光元器件，進軍激光雷達打開成長空間1、激光元器件領先，拓展中游打開成長空間1.1、深耕激光上游十余年，向行業中游拓展公司深耕激光產業十余年，已成為全球知名的光子應用方案提供商。公司成立于2007年，由劉興勝博士回國后在西安創立，起初聚焦于

“產生光子”，主要產品包括半導體激光器及元器件。2017年，公司收購世界領先的微光學供應商LIMO，掌握“調控光子”技術。目前公司憑借在上游元器件領域的積累，向激光產業中游的光子應用模塊和系統拓展（包括激光雷達發射模組、UV-L光學系統等）。2021年公司登錄科創板上市，2022年公司完成全球品牌統一，并成立系統應用軍團、家用醫美軍團，加快向中游光子應用模塊和系統的拓展步伐。公司業務包括半導體激光、激光光學、汽車應用和光學系統四大板塊，其中半導體激光和激光光學是公司的傳統業務，而汽車應用和光學系統業務是公司正在向產業鏈中游拓展的重點業務：（1）半導體激光業務：以高功率半導體激光元器件為基礎，分為開放式器件、光纖耦合模塊、醫療美容器件和模塊、工業應用模塊、預制金錫材料等；（2）激光光學業務：主要包括光束準直轉換系列（單非球面柱面透鏡、光束轉換器、光束準直器、光纖耦合器）、光場勻化器、光束擴散器、微光學透鏡組、微光學晶圓等；（3）汽車應用業務：包括智能駕駛激光雷達

（LiDAR）、智能艙內駕駛員監控系統（DMS），具體產品為激光雷達面光源、激光雷達線光源、激光雷達光源光學組件等；（4）光學系統業務：主要包括固體激光剝離線光斑、固體激光退火線光斑等多種光學系統。2021年前三季度公司主要收入來源于半導體激光、激光光學業務，未來幾年汽車應用和光學系統業務收入占比將逐步提高。2021年前三季度公司激光光學業務和半導體激光業務營收占比分別為48.89%、43.02%，合計占比為91.91%。汽車應用和光學系統業務目前營收占比不高，但隨著公司向行業中游拓展，汽車應用和光學系統業務收入占比將逐步提升。2021年前三季度，公司半導體激光器、激光光學、汽車應用和光學系統業務的毛利率分別為50.67%、64.73%、43.27%、19.55%。1.2、收入和盈利能力雙升，公司迎來業績增長拐點公司業績有望迎快速增長。公司多年來持續投資和拓展的高潛力新興業務不斷取得進展，例如2020年，公司預制金錫薄膜陶瓷熱沉產品開始獲得國內外光纖激光器廠商批量訂單，將成為公司半導體激光業務未來新的增長點。根據公司業績快報，2021年公司實現營業收入4.76億元，同比增長32.21%，實現歸母凈利潤0.68億元，同比增長94.33%。隨著上游元器件業務的深耕以及中游應用領域的拓展，公司有望迎來快速發展。公司毛利率持續提升，有望迎利潤拐點。隨著公司戰略重組協同性逐步顯現以及半導體激光和激光光學業務盈利能力的提升，近年來公司毛利率持續提升。凈利率方面，2019年受LIMO戰略性結構重組以及加大研發投入影響，公司凈利率下滑，之后回歸增長態勢。2021年前三季度，公司銷售毛利率和銷售凈利率分別為56.51%、15.68%，同比均大幅提高。管理和銷售費用率逐步下降。2019年公司對LIMO進行戰略性結構重組，裁撤部分冗余員工，支付辭退補償等相關費用并計入管理費用，導致當年管理費用大幅提升，之后逐年下降。2019年公司銷售市場團隊實現組織機構全球化整合，國內銷售團隊對銷售活動進行統一調配及管理，公司銷售人員薪酬以及廣告宣傳等銷售費用下降，近年來銷售費用率呈下降趨勢。由于費用投入不會隨收入同比例大幅增長，隨著公司逐步邁入快速發展階段，公司費用率有望逐步下降。公司對研發極為重視，始終保持高水平的研發投入。2018-2021年前三季度，公司研發費用率分別為15.38%、22.35%、19.42%、14.71%。截至2021年6月30日，公司員工總數為668人，其中研發人員共154人，占比23.05%，其中近50%的研發人員擁有碩士及以上學歷，約10%的研發人員擁有博士學位，且超過40%的研發人員在公司工作5年及以上。1.3、公司核心人員技術背景深厚，股權激勵計劃彰顯公司發展信心公司實際控制人為劉興勝博士。劉興勝直接持有公司13.29%的股權，并且通過《一致行動人協議》與王東輝、西安寧炬、西安新炬、宋濤、李小寧、延綏斌、侯棟、田野和西安吉辰控制公司10.70%的股權，合計控股比例為23.99%，是公司的控股股東和實際控制人。核心人員技術背景硬核。公司創始人劉興勝博士曾就職于美國恩耐、相干、康寧等知名企業，發表學術論文100余篇、專利290項以及多篇國際受邀報告。公司首席技術官石忠恩博士具備美國Thorlabs、康寧、貝爾實驗室等30多年的研發與管理經驗，共發表學術論文419篇，擁有50項在光電子器件和光通信領域的美國專利。二人技術背景極強，有望引領公司實現更好發展。2、公司深耕激光產業上游，構建高壁壘技術護城河2.1、光加工替代傳統加工，激光行業規模持續增長激光是先進制造利器，激光加工滲透率持續提升。激光具備高方向性、單色性、相干性和高亮度四大特征，被譽為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。與傳統加工方式相比，激光加工具備加工質量好、效率高、降低材料損耗、加工范圍廣和易自動化集成等優點。隨著激光技術的發展進步及激光器成本的下降，激光加工滲透率快速提升，以激光切割為例，2013-2020年激光切割機銷量占金屬切削機床銷量的比例由0.37%提升至12.33%。激光行業市場規模持續增長。根據LaserFocusWorld數據，2020年全球激光器市場規模為160.1億美元，同比增長約8.8%，預計2021年將同比+15.5%至184.8億美元。2020年材料加工與光刻、通信與光存儲、科研與軍事是激光的前三大應用領域，市場規模分別為62.88億美元、38.98億美元、22.48億美元，占比分別為39.28%、24.35%、14.04%。2.2、公司深耕激光產業上游，長期研發構建高壁壘護城河上游元器件是激光產業鏈基石。激光產業鏈上游是利用半導體材料、高端裝備以及相關的生產輔料制造的激光芯片、光電器件等，是激光產業的基石。產業鏈中游是利用上游激光芯片及光電器件、模組、光學元件等進行各類激光器的制造與銷售。下游為激光設備集成商，產品最終應用于先進制造、醫療健康、科學研究、汽車應用、信息技術、光通信、光存儲等眾多領域。激光產業上游具備較高的行業壁壘：1）技術壁壘：激光元器件是材料科學與工程、光機電設計、封裝工藝、測試表征、熱學、熱應力管理控制、微光學制造工藝、機械工程與自動控制等多學科知識的交叉融合，產品精密度高，行業技術更新迭代速度快，因此技術壁壘高；2）品牌壁壘：激光元器件對激光器的性能、質量和穩定性起著重要影響，需要經過長時間的驗證，為保證產品質量的穩定性，激光器制造企業一般不會輕易更換元器件供應商，與上游元器件企業保持長期、穩定的合作關系；3）規模壁壘：光電元器件的加工和檢測設備昂貴，因此小批量產品與大批量產品的單位成本差異較大。行業內規模較大的企業能夠配臵更加齊全的生產和檢測設備，并且具備更加齊全的產品型號。因此行業具備較高的生產規模壁壘。國內激光元器件企業與國外相比仍有差距。激光行業上游企業主要是美國IPG光電、美國貳陸集團、美國相干公司等國際巨頭，這些企業同時從事中下游的廣泛業務，綜合實力強勁，國內激光元器件企業與國外相比仍有差距。公司深耕“產生光子”+“調控光子”領域。公司2007年成立時便專注于“產生光子”的高功率半導體激光器，2017年公司并購德國LIMO后獲得“調控光子”技術，由此打通技術鏈條，實現從點光源到線光源和面光源的跨越。目前，公司在產生光子和調控光子領域均掌握多項核心技術。國際化戰略布局，擁有激光器、光學、系統等方面全球化綜合研發能力。公司在西安、德國多特蒙德、東莞等分別建立了研發中心，同時在美國、愛爾蘭等多地布局研發人員，擁有激光器、光學、系統等方面全球化綜合研發能力。同時公司積極開展國際化人才的培育和激勵，目前已擁有一只成熟的國際化管理團隊。公司掌握多項境內外專利。憑借長期的研發投入，公司產品和技術不斷突破，截至2021年12月21日，公司已形成包括美國、歐洲、日本、韓國等境外專利110項，境內發明專利117項、實用新型專利150項和外觀設計專利28項。公司掌握九大核心技術，已達到領先水平。公司現已自主研發形成共晶鍵合技術、熱管理技術、熱應力控制技術、界面材料與表面工程、測試分析診斷技術、線光斑整形技術、光束轉換技術、光場勻化技術（光刻機用）和晶圓級同步結構化激光光學制造技術九大類核心技術。公司九大核心技術的關鍵技術指標以及專利和論文數量等已達到領先水平。2.3、產生光子：半導體激光器發展前景廣闊半導體激光器是指以半導體材料為工作介質的激光器。半導體激光器采用半導體芯片制造工藝，以電激勵源方式，以半導體材料為增益介質，將注入電流的電能激發，從而實現諧振放大選模輸出激光。其增益介質與襯底主要為摻雜III-V族化合物的半導體材料，如GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）等。半導體激光芯片分為邊發射激光芯片（EEL：EdgeEmittingLasers）和面發射激光芯片（VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser）。邊發射激光芯片是在芯片的兩側鍍光學膜形成諧振腔，沿平行于襯底表面發射激光，而面發射激光芯片是在芯片的上下兩面鍍光學膜，形成諧振腔，由于光學諧振腔與襯底垂直，能夠實現垂直于芯片表面發射激光。面發射激光芯片有低閾值電流、穩定單波長工作、可高頻調制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷、制造成本低等優點，但輸出功率及電光效率較邊發射激光芯片低。半導體激光器優缺點十分明顯。（1）半導體激光器優點：體積小、結構簡單、光電轉換效率高、壽命較長、易于調制等；（2）半導體激光器缺點：輸出光束質量差、光束發散角大、光斑不對稱、受到帶間輻射的影響導致光譜純度差、工藝制備難度高等。半導體激光器可作為泵浦源也可作為直接半導體激光器。作為固體激光器以及光纖激光器的泵浦源時，以半導體激光器發出的光，泵浦增益介質產生光，以獲得更好的光束質量。作為直接半導體激光器時，可應用于工業、醫療、國防科研以及激光雷達等領域。高功率半導體激光器有望迎快速發展。根據LaserMarketResearch數據，2015-2020年全球半導體激光器的市場規模由41.75億美元增長至67.24億美元，CAGR約為10.0%；隨著技術進步及應用拓展，高功率半導體激光器有望迎來快速發展。根據StrategiesUnlimited的全球激光市場分析報告預測，2019-2025年全球高功率半導體激光元器件市場規模將從16.40億美元快速增長到28.21億美元。2.4、調控光子：激光微光學技術推動激光產業發展激光微光學技術通過調節光斑形狀、功率密度、光強分布來調控光子，有助于實現光子的精確和高效應用。激光微光學技術利用微光學透鏡對激光進行整形，通過調節光斑參數，能對激光源產生的光子進行精密控制，從而在合適的時間把光子傳輸到合適的位臵以實現對光子的高效利用，滿足特定應用對激光光斑形狀、功率密度和光強分布的要求。光子技術的應用和推廣不僅僅依賴于各類產生光子的激光器，同時也需要配套光學元器件對產生的光子進行調控，以達到對光子的精確和高效應用。半導體激光器的光束整形從原理上主要分為兩類：幾何光學光束整形、衍射光學光束整形。幾何光學光束整形本質上是將二維離散點光源陣列通過光束整形的方法填充“死區”變成二維密集排列的面光源列陣，同時將兩個方向的相差很大的光束質量均衡化。而衍射光學光束整形方法主要采用衍射光柵對半導體激光器進行光譜合束。常見的光束整形技術包括光纖轉換器、漸變折射率透鏡陣列整形、多棱鏡陣列、雙反射鏡整形技術、階梯反射鏡整形等。光學整形技術推動激光產業發展。光學整形后的光斑在眾多應用中表現出獨特的優勢，如線光斑、面光斑在應用于激光焊接、剝離和退火等領域時可大幅提升加工效率；在應用于激光雷達時可以減少機械運動部件的使用，從而大幅提高系統可靠性和車規級穩定性。激光光學整形技術大幅提升激光的應用效果，將進一步推動激光產業發展。3、進軍激光雷達藍海市場，有望實現快速增長3.1、激光雷達是廣義機器人的“眼睛”，應用十分廣泛激光雷達是廣義機器人的“眼睛”。雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。根據雷達頻段，可分為超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達，其中激光雷達頻段位于紅外和可見光之間，頻率1014Hz，波長為納米級。因為頻率越高，波長就越短，分辨率和精度也就越高，因此激光雷達的精度高于超聲波雷達和毫米波雷達。激光雷達是廣義機器人的眼睛，應用場景包括機器人、無人駕駛、安防、倉儲物流等。激光雷達由發射系統、接收系統、信息處理及掃描系統四部分組成，其工作原理是向目標探測物發送激光光束探測信號，然后將目標反射回來的回波信號與發射信號進行比較，進行適當處理后，便可獲取目標的距離、方位、角度、速度、姿態、形狀等多種參數信息，從而對目標進行探測、跟蹤和識別。激光雷達的測距方法包括飛行時間（ToF）測距法、基于相干探測的FMCW測距法、以及三角測距法等。其中ToF與FMCW能夠實現室外陽光下較遠的測程（100~250m），是車載激光雷達的優選方案。ToF是目前市場車載中長距激光雷達的主流方案，未來隨著FMCW激光雷達整機和上游產業鏈的成熟，ToF和FMCW激光雷達將在市場上并存。激光雷達按照技術架構可以分為機械式激光雷達、混合固態激光雷達以及固態激光雷達。1）機械旋轉式激光雷達：通過機械旋轉機構帶動發射頭不斷旋轉，將激光從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光，形成多個面，達到動態掃描并動態接收信息的目的。機械式激光雷達的優點是技術方案和器件較為成熟，技術門檻較低；缺點是系統結構較為復雜，較難通過車規。2）混合固態激光雷達：混合固態激光雷達指用半導體“微動”器件

（轉鏡、MEMS掃描鏡、棱鏡）來代替宏觀機械式掃描器，在微觀尺度上實現雷達發射端的激光掃描方式。混合固態激光雷達探測角度小于機械旋轉式，但具備成本低、可靠性高等優點，有望實現較好發展。3）純固態激光雷達：內部不存在任何的機械旋轉部件，因此耐久性更高，體積更小，適宜車規級設備需要在連續振動、高低溫、高濕高鹽等環境下連續工作的特點。純固態激光雷達是行業長期演進方向，但目前技術尚未完全成熟。3.2、自動駕駛發展，推動激光雷達市場爆發自動駕駛分為L0-L5六個級別。根據SAE（國際汽車工程師協會），無人駕駛與高級輔助駕駛分為L0-L5六個級別。其中L0級是指全部由駕駛員控制，L5級是指完全自動駕駛。級別越高，車輛的自動化程度越高，動態行駛過程中對駕駛員的參與度需求越低，對車載傳感器組成的環境感知系統的依賴性也越強。L3是自動駕駛等級中的分水嶺。L3駕駛責任的界定最為復雜：在自動駕駛功能開啟的場景中，環境監控主體從駕駛員變成了傳感器系統，駕駛決策責任方由駕駛員過渡到了汽車系統。L3感知層的技術路線包括視覺方案和激光雷達方案，前者代表企業為

特斯拉，后者是大多數車廠選擇的方案。1）視覺路線：特斯拉秉持第一性原理，認為人類能夠憑借肉眼駕駛汽車，那么AI也可以只通過攝像頭感知世界并且駕駛汽車。視覺路線的成本低于激光雷達，但夜間、隧道等光線不足場景的導航效果較差。2）激光雷達：優點是探測距離更遠、對算法的要求低于視覺路線，缺點是成本更高。由于其他車廠自動駕駛發展晚于特斯拉，在軟件和算法上較難超越，因此紛紛學則激光雷達路線。隨著激光雷達價格的持續下降，激光雷達有望成為多數L3以上車型的標配。政策推動自動駕駛發展。2020年11月，《智能網聯汽車技術路線圖2.0》發布。路線圖2.0研判，到2025年，我國PA（L2）、CA（L3）級智能網聯汽車銷量占當年汽車總銷量比例超過50%，C—V2X（以蜂窩通信為基礎的移動車聯網）終端新車裝配率達50%，高度自動駕駛汽車首先在特定場景和限定區域實現商業化應用，并不斷擴大運行范圍。2035年，各類網聯式高度自動駕駛車輛將廣泛運行于我國廣大地區。激光雷達市場有望快速增長。高級別自動駕駛對于激光雷達的需求量將大幅增加，自動駕駛將推動激光雷達市場快速發展。根據沙利文數據，2019年全球激光雷達市場規模為6.8億美元，預計2025年全球市場規模為135.4億美元，2019-2025年CAGR約64.5%；2019年中國激光雷達市場規模為2.3億美元，預計2025年將增長至43.1億美元，2019-2025年CAGR約63.1%。3.3、進軍激光雷達藍海市場，有望實現快速發展公司激光雷達產品覆蓋多種路線。公司激光產品主要包括發射端面光源、線光源和光源光學組件。其中，光學組件在不同的激光雷達技術路線中都有應用，因此將充分受益于激光雷達行業的快速發展。在發射模組上，公司基于自身的技術優勢和市場判斷，發展線光斑和FLASH面光斑。激光雷達有望成為公司第一個大規模變現的中游應用場景。公司已與多家知名企業達成合作意向或建立合作項目，包括美國納斯達克激光雷達上市公司VelodyneLiDAR、Luminar、福特旗下知名無人駕駛公司ArgoAI等，其中激光雷達線光源產品已與多家客戶建立新產品開發項目，2016年起開始研發的高峰值功率固態激光雷達面光源已與德國大陸集團簽訂批量供貨合同，現已進入批量生產階段。根據公司公告披露的預測數據，2023年公司激光雷達業務營業收入有望達到5.40億元，約為2020年的19倍，激光雷達業務有望推動公司業績快速增長。4、拓展泛半導體、醫美領域，打開長期成長空間4.1、泛半導體領域：布局光刻、退火、檢測、激光剝離等半導體領域，公司業務包括光刻元器件、半導體晶圓退火、集成電路檢測：光刻：公司為半導體光刻應用領域提供光刻機曝光系統中的核心激光光學元器件光場勻化器，是荷蘭ASML光學設備核心供應商A公司的重要供應商，同時也為多家行業知名半導體集成電路設備科研和生產機構提供相關產品。半導體激光退火：在28nm及以下的芯片制程中，傳統的熱退火工藝已經不能滿足快速退火需求，半導體激光退火成為替代工藝。公司為上海微電子裝備（集團）股份有限公司、北京華卓精科科技股份有限公司、韓國DIT等集成電路芯片設備集成商及芯片制造商提供半導體激光退火系統及核心元器件。半導體集成電路制程與檢測設備：公司的激光光學元器件產品在半導體集成電路制程和檢測設備中得到應用，客戶包括N公司、美國科磊半導體和美國Zygo公司等。顯示面板領域：布局激光剝離和激光退火。激光剝離是柔性OLED面板生產中的關鍵制程之一，利用激光能量實現玻璃基板與OLED器件的分離。激光退火是OLED和LCD生產中的關鍵制程之一，可使非晶硅轉換成低溫多晶硅（

LTPS

），是顯示屏實現高清分辨率的關鍵環節。公司固體激光剝離（LLO）紫外線光斑系統已取得國際主流面板廠商生產線中初步的市場份額，固體激光退火（

SLA

）紫外線光斑系統2020年已交付第一臺樣機，目的在于打破相干公司準分子激光退火過去十年來在該領域的全球優勢地位。4.2、醫美領域：布局廣泛，建設韶關基地有望加快發展醫美市場蓬勃發展。根據LaserFocusWorld數據，2020年全球醫療與美容領域激光器市場規模為9.35億美元，預計2021年將增長至12.01億美元。根據艾媒咨詢數據，2020年中國醫美器械行業市場規模為425.4億元，同比下降1.3%。隨著疫情消退、行業快速恢復，未來幾年醫療器械市場規模將繼續增長，2022年有望增長至643.2億元。公司廣泛布局醫美領域。激光醫療是基于生物組織光熱理論的一門新興學科，半導體激光由于具有涵蓋波長更廣的特性，使其在脫毛、溶脂、熒光造影等多個領域得以逐步應用。激光脫毛：通過使激光穿過皮膚表層到達毛發根部毛囊，產生熱效應使毛囊消減，達到使毛發失去再生能力同時又不損傷周邊組織的效果。公司率先提出高峰值功率短脈寬的技術理念，客戶覆蓋以色列、意大利、韓國、中國等，與多家知名醫療設備制造商保持合作。激光熒光造影：作為一種新興的技術，被應用于手術輔助精準治療。公司已向美國史賽克（Stryker）等醫療器械行業客戶提供熒光造影用半導體激光元器件。激光溶脂：利用1064nm波長激光穿透皮膚，通過對脂肪細胞進行選擇性加熱和分解，從而達到減脂塑型功效，公司開發的激光溶脂模塊FR系列已與國內外多家知名客戶開始合作。家用醫美領域：激光也可用于家用醫美應用，例如家用激光脫毛、家用激光嫩膚等。公司提供針對家用脫毛的整體解決方案，包括激光光源以及光學的整體模塊。獨特的光學設計可以實現高能量密度、大光斑治療。根據客戶需求，炬光科技也可提供定制化產品。公司開發的家用激光嫩膚激光模塊，通過特殊的光學設計，可以形成單點、多點或者點陣的光斑，提高治療效率和效果。根據客戶需求，炬光科技也可提供定制化產品。簽訂戰略合作協議，保障公司醫美業務發展。公司已與全球知名家用醫療健康設備廠商英國Cyden公司簽署了總價值約8億元人民幣的長期獨家戰略合作協議，開發家用激光醫療相關業務。投資建設醫療健康產業基地項目。2022年1月4日，公司發布公告，擬使用部分IPO超募資金和自有資金投資建設醫療健康產業基地，項目擬落戶于韶關市武江區莞韶工業園，總用地面積約26畝，計劃總投資5億元，其中一期計劃總投資1.01億元，一期建筑面積15000平方米。一期項目自簽訂《國有建設用地使用權出讓合同》或土地租賃合同之日起，將在6個月內開工建設，自開工建設起18個月內竣工投產，并通過有關部門組織的竣工驗收。5、盈利預測激光光學產品：激光行業發展推動上游元器件需求穩步增長，同時公司通過IPO募投項目在東莞擴產元器件產能，預計2021-2023年，公司激光光學產品營收分別同比增長13%/15%/15%；激光元器件市場壁壘高，競爭格局良好，預計毛利率保持穩定，假設2021-2023年激光光學產品毛利率分別為53%/53%/53%。半導體激光產品：半導體激光器市場穩步增長，同時公司的預制金錫材料等產品取得突破，將迎來快速發展，根據公司公告，預計2021-2023年預制金錫材料收入分別為2500萬元、5000萬元、7200萬元。綜上，預計2021-2023年，公司半導體激光產品營收分別同比增長26.88%/31.30/25.16%；公司在半導體激光器市場處于領先地位，競爭力突出，預計公司半導體激光產品毛利率保持穩定，2021-2023年分別為50%/50%/50%。汽車應用產品：自動駕駛發展催