（報(bào)告出品方/作者：海通證券，張曉飛，蒲得宇，張幸）激光原理概述
激光原理：激光技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 60 年代，與原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)并稱 20 世紀(jì) 新四大發(fā)明之一。激光英文全稱是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （LASER），意為“通過(guò)受激輻射光擴(kuò)大”，簡(jiǎn)稱“激光”。激光的原理早在 1916 年就已被 愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)：原子中的電子吸收能量后從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，再?gòu)母吣芗?jí)回落到 低能級(jí)的時(shí)候，所釋放的能量以光子的形式放出。被“引誘”（激發(fā)）出來(lái)的光子束 （激光），其中的光子光學(xué)特性高度一致。相比由多種顏色、波長(zhǎng)混合的自然光，激 光有具有方向性好、亮度高、單色性好及高能量密度等特點(diǎn)，因此也被稱為“最快的 刀”、“最準(zhǔn)的尺”、 “最亮的光”。
激光發(fā)展歷史：1916 年，愛(ài)因斯坦提出了光的受激發(fā)射理論，人類對(duì)激光開(kāi)始有了認(rèn) 知。1958 年，美國(guó)科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種神奇的現(xiàn)象，當(dāng)他們將內(nèi)光燈泡所發(fā) 射的光照在一種稀土晶體上時(shí)，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的、始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光。肖洛和湯斯的研究成果發(fā)表之后，各國(guó)科學(xué)家紛紛提出各種實(shí)驗(yàn)方案，但都未獲成 功。1960 年 5 月 15 日，美國(guó)加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長(zhǎng) 為 0.6943 微米的激光，這是人類有史以來(lái)獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上 第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。
1960 年 7 月 7 日，梅曼宣布了世界上第一臺(tái)激 光器的誕生，梅曼的方案的是，利用一個(gè)高強(qiáng)閃光燈管來(lái)刺激在紅寶石色水晶里的鉻 原子，從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細(xì)紅色光柱，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時(shí)，可使其達(dá)到很高 的溫度。前蘇聯(lián)科學(xué)家尼古拉·巴索夫于 1960 年發(fā)明了半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器 的結(jié)構(gòu)通常由 P 層、N 層和形成雙異質(zhì)結(jié)的有源層構(gòu)成，其特點(diǎn)是：尺寸小、耦合效 率高、響應(yīng)速度快、波長(zhǎng)和尺寸與光纖尺寸適配、可直接調(diào)制、相干性好。激光器一般包括增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔三個(gè)部分。激光器是激光的發(fā)生裝置，主 要由激勵(lì)源和具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)組成。激勵(lì)源為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生 躍遷輻射創(chuàng)造條件，激勵(lì)方式有光學(xué)激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等。具有亞 穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大。激光器中常見(jiàn)的組成 部分還有諧振腔，諧振腔為關(guān)鍵的組成部分，可使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和 運(yùn)行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性，而且諧振腔可以很好地縮短工作 物質(zhì)的長(zhǎng)度，還能通過(guò)改變諧振腔長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：泵浦源 為激光器提供光源，增益介質(zhì)（也稱為工作物質(zhì)）吸收泵浦源提供的能量后將光放 大，諧振腔為泵浦光源與增益介質(zhì)之間的回路，振腔振蕩選模輸出激光。用來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質(zhì)體系，也被稱為激光增益媒 質(zhì)，常用的有紅寶石、鈹玻璃、氖氣、半導(dǎo)體、有機(jī)染料等。在增益介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn) 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（高能狀態(tài)的電子增加到對(duì)低能量狀態(tài)電子具有壓倒性優(yōu)勢(shì)的密度），以 制造獲得激光的必要條件。為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使處于上能 級(jí)的粒子數(shù)增加。一般可以用電流注入或氣體放電的辦法驅(qū)使具有動(dòng)能的電子激發(fā)介 質(zhì)原子，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì)，稱為光激勵(lì)；還有熱激勵(lì)、 化學(xué)激勵(lì)等。各種激勵(lì)方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)；為了不斷得到激光輸出，必 須不斷地“泵浦”以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比下能級(jí)多。有了合適的工作物質(zhì)和激勵(lì)源后，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很 弱，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。人們就想到了用光學(xué)諧振腔進(jìn)行放大。所謂光學(xué)諧振腔，實(shí)際是 在激光器兩端，面對(duì)面裝上兩塊反射率很高的鏡片：一塊幾乎全反射，一塊使大分光 反射、少量光透射出去，以使激光可透過(guò)這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的 光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來(lái)回振蕩，造成連鎖反 應(yīng)，雪崩似的獲得放大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。
激光器可按泵浦方式、增益介質(zhì)、運(yùn)轉(zhuǎn)方式、輸出功率和輸出波長(zhǎng)進(jìn)行分類。1）按泵浦方式：可分為電泵浦、光泵浦、化學(xué)泵浦、熱泵浦、核泵浦激光器。電泵浦激光器指以電流方式激勵(lì)的激光器（氣體激光器多以氣體放電方式進(jìn)行激勵(lì)， 而半導(dǎo)體激光器多采用電流注入方式進(jìn)行激勵(lì)）；光泵浦激光器指以光泵方式激勵(lì)的激光器（幾乎所有固體激光器、液體激光器均屬于 光泵浦激光器，而半導(dǎo)體激光器是光泵浦激光器的核心泵浦源）；化學(xué)泵浦激光器指利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量對(duì)工作物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)的激光器。2）按運(yùn)轉(zhuǎn)方式：可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。連續(xù)激光器中各能級(jí)的粒子數(shù)及 腔內(nèi)輻射場(chǎng)均具有穩(wěn)定分布，其工作特點(diǎn)是工作物質(zhì)的激勵(lì)和相應(yīng)的激光輸出可以在 一段較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，但熱效應(yīng)較明顯；脈沖激光器指激 光功率維持在一定值時(shí)所持續(xù)的時(shí)間，以不連續(xù)方式輸出激光，主要特點(diǎn)是峰值功率 高、熱效應(yīng)小、可控性好。根據(jù)脈沖時(shí)間長(zhǎng)度，可進(jìn)一步分為毫秒、微秒、納秒、皮 秒和飛秒，脈沖時(shí)間越短，單一脈沖能量越高、脈沖寬度越窄、加工精度越高。3）按輸出功率：劃分為分為低功率（0-100W）、中功率（100-1,000W）、高功率 （1,000W 以上），不同功率的激光器適應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景不同。4）按照波長(zhǎng)：可分為紅外激光器、可見(jiàn)光激光器、紫外激光器、深紫外激光器等。不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長(zhǎng)范圍不同，因此需要各種不同波長(zhǎng)的激光器用于不同 材料的精細(xì)加工或者不同應(yīng)用場(chǎng)景。紅外激光器與紫外激光器是運(yùn)用最廣泛的兩種激 光器：紅外激光器主要應(yīng)用于“熱加工”，將材料表面的物質(zhì)加熱并使其汽化（蒸 發(fā)），以除去材料；在薄膜非金屬材料加工、半導(dǎo)體晶圓切割、有機(jī)玻璃切割/鉆孔/打 標(biāo)等領(lǐng)域，高能量的紫外光子直接破壞非金屬材料表面的分子鍵，使分子脫離物體， 這種方式不會(huì)產(chǎn)生高熱量反應(yīng)，因此通常被稱為“冷加工”，紫外激光器在微加工領(lǐng)域 具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。由于紫外光子能量大，難以通過(guò)外激勵(lì)源激勵(lì)產(chǎn)生一定高功率 的連續(xù)紫外激光，故紫外激光一般是應(yīng)用晶體材料非線性效應(yīng)變頻方法產(chǎn)生，因此目 前廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的紫外激光器主要是固體紫外激光器。
5）按增益介質(zhì)：固態(tài)（固體、光纖、半導(dǎo)體等）、氣體、液體、自由電子激光器等。激光器按照增益介質(zhì)（工作物質(zhì)）分為：①液體激光和氣體激光，由于效率低下和 需要高頻率更換工作物質(zhì)和維護(hù)，目前只利用其特殊性能并在小眾市場(chǎng)應(yīng)用；②自 由電子激光器目前技術(shù)還不充分，雖然有頻率連續(xù)可調(diào)、頻譜范圍廣等優(yōu)勢(shì)，但短期 內(nèi)還很難有廣泛應(yīng)用。
③固態(tài)激光目前應(yīng)用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高，通常被分為 以晶體為工作物質(zhì)的固體激光器、以玻璃光纖為工作物質(zhì)的光纖激光器（近 20 年來(lái) 由于兼顧電光轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量取得大力發(fā)展），目前少部分利用燈如氙閃光燈作 為泵浦源，大部分利用半導(dǎo)體激光器作為泵浦源。半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為 激光介質(zhì)，以電流注入二極管有源區(qū)為泵浦方式的激光二極管（以電子受激輻射產(chǎn)生 光），具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣義上雖也屬于固態(tài)激光器的 一種，但半導(dǎo)體激光器直接產(chǎn)生的光由于光束質(zhì)量差，目前所能直接應(yīng)用的領(lǐng)域受 限，一般作為固體激光器和光纖激光器等其他激光器的核心泵浦光源以應(yīng)用于更多場(chǎng) 景。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，根據(jù)《2021 年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2020 年全球激光器銷售額 為 160.1 億美元。結(jié)構(gòu)上來(lái)看，材料加工與光刻、通訊與光存儲(chǔ)、科研和軍事、醫(yī)療 和美容、儀器與傳感器及娛樂(lè)、顯示與打印占比分別為 39.6%、24.5%、13.8%、 5.7%、12.6%及 3.8%。據(jù)報(bào)告預(yù)測(cè)，2021 年全球激光器的總市場(chǎng)規(guī)模為 185 億美金， 市場(chǎng)增長(zhǎng)率為 15%，其中半導(dǎo)體激光器（作為固體激光器和光纖激光器等其他激光器 的核心泵浦光源或作為直接激光器），其市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為 79.5 億美金（占比 43%），市 場(chǎng)增速為 18%。我國(guó)激光器行業(yè)發(fā)展迅速、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，在全球激光器市場(chǎng)中所占的比重也持續(xù)提 升，根據(jù) Laser Focus World 發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020 年，我國(guó)激光器市場(chǎng)規(guī)模為 109.1 億美 元，占全球激光器市場(chǎng) 66.12%的份額。近年來(lái)全球工業(yè)激光器市場(chǎng)規(guī)模呈波動(dòng)走勢(shì)，根據(jù) Laser Focus World 測(cè)算，2020 全球 工業(yè)激光器市場(chǎng)規(guī)模約為 51.57 億美元，同比增長(zhǎng) 2.4%。從結(jié)構(gòu)上，市場(chǎng)份額最大的 是光纖激光器，2018 至 2020 年的銷售占比均超過(guò) 50%，其中 2020 年全球光纖激光器 銷售額占比為 52.7%；固體激光器銷售占比 16.7%；氣體激光器銷售占比 15.6%；直接 半導(dǎo)體/準(zhǔn)分子激光器銷售占比 15.04%。
光通信芯片市場(chǎng)：中長(zhǎng)期替代空間廣闊
光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒 介，通過(guò)光電變換，用光來(lái)傳輸信息的通信系統(tǒng)。最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、 光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。具體過(guò)程為：在發(fā)送端將傳送的信息（如話 音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度 （頻率）變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變 換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。光發(fā)信機(jī)：光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組 成。其功能是將來(lái)自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光 波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。光收信機(jī)：光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測(cè)器和光放大器組 成。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后， 再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端。光纖或光纜：二者光的傳輸通路，其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光 纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測(cè)器上，完成傳送信息任務(wù)。中繼器（放大器）：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用一 是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減，二是對(duì)波形失真的脈沖進(jìn)行整形。光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件：由于光纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜 施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的，因此一條光纖線路可能存在 多根光纖相連接的問(wèn)題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì) 光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件的使用是必不可少的。
光通信系統(tǒng)主要由光通信設(shè)備、傳輸光纖、光無(wú)源器件（光分路器、波分復(fù)用器、光 隔離器、光開(kāi)關(guān)、光連接器、光背板、光濾波器等）構(gòu)成。光通信設(shè)備的核心為光模塊（光模塊產(chǎn)值在光通信中份額約 65%）。光模塊的核心為光有源模塊和電芯片：1）光有源模塊包括光芯片和光調(diào)制器，其中光芯片為核心。光芯片包括激光器芯 片、探測(cè)器芯片；2）電芯片包括 LD Driver、TIA、LA、 CDR 芯片等。LD Driver：激光驅(qū)動(dòng)芯片，發(fā)射端數(shù)字信號(hào)是電壓信號(hào)，而激光器本身是依靠電 子激發(fā)進(jìn)行發(fā)光的，所以必須將要發(fā)送的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電流信號(hào)，因此需要 Laser Driver 驅(qū)動(dòng)激光二極管發(fā)射激光。TIA：Transimpedance Amplifier，即跨阻放大器，增益定義為輸出電壓除以輸入電 流，單位是電阻，由于是將電流放大為電壓，因此將這種類型的放大器稱為跨阻 放大器。TIA 應(yīng)用于將電流放大至電壓的場(chǎng)景，例如光電探測(cè)器探測(cè)信號(hào)的放 大。PD 接收到光信號(hào)后，產(chǎn)生的電流信號(hào)比較微弱（uA 量級(jí)），因此需要利用 TIA 將其放大，便于后續(xù)的信號(hào)處理。LA：Limiting Amplifier，即限幅放大器。限幅放大器電路功能是輸入信號(hào)較小時(shí)， 限幅放大器處于線性放大工作狀態(tài)，輸出跟隨輸入線性變化；而當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到 某一電平時(shí)，輸出將不隨輸入信號(hào)的增加而變化，而維持在一定值上，即處于限 幅工作狀態(tài)。LA 解決的問(wèn)題場(chǎng)景是，PD 產(chǎn)生的電流信號(hào)跟其接收的光信號(hào)強(qiáng)弱 成正比，而 TIA 的跨阻(V=I*R，電壓=電流*電阻)R 是一定的，這樣產(chǎn)生的電壓信 號(hào)就會(huì)隨著輸入光的大小變化而變化，而且變化的范圍比較大。所以 Receiver 還 需要一個(gè) LA，對(duì)前面 TIA 轉(zhuǎn)換出來(lái)的小電壓信號(hào)繼續(xù)放大，以保證輸出幅度足夠 大，同時(shí)限幅功能使得在強(qiáng)光輸入的時(shí)候，輸出能夠維持在一定值上，處于限幅 工作狀態(tài)。CDR：Clock and Data Recovery，即時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)。CDR 的主要功能是：1）為接收 器端各電路提供時(shí)鐘信號(hào)；2）對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行判決，便于數(shù)據(jù)信號(hào)的恢復(fù) 與后續(xù)處理。光信號(hào)經(jīng)過(guò)一定距離的傳輸后，其波形會(huì)發(fā)生一定程度的失真。如 果沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)伴隨光信號(hào)一起傳輸，接收端接收到的信號(hào)將會(huì)是一個(gè)個(gè)長(zhǎng)短不 一的脈沖，因此需要 CDR 芯片對(duì)這些脈沖信號(hào)進(jìn)行處理以得到想要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
3. 光模塊的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換
一個(gè)光模塊通常由光發(fā)射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探測(cè) 器）、功能電路和光（電）接口等部分組成。光模塊的應(yīng)用場(chǎng)景豐富，可分為電信市 場(chǎng)與數(shù)通市場(chǎng)，涵蓋了數(shù)據(jù)寬帶、電信通訊、數(shù)據(jù)中心、Fttx、安防監(jiān)控和智能電網(wǎng) 等領(lǐng)域。光模塊的性能主導(dǎo)著光通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)換代，在接入端、傳輸端等不同細(xì)分 市場(chǎng)上均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。光模塊作為光電轉(zhuǎn)換的連接模塊，包含兩個(gè)端口即發(fā)射端和接收端。其中發(fā)射端將電 信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送后，接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光模塊由光 電子器件、功能電路和光接口組成，其中光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。光模塊在整體產(chǎn)品架構(gòu)上包括光學(xué)次模塊（Optical Subassembly；OSA）及電子次 模塊（Electrical Subassembly；ESA）兩大部分。光學(xué)次模塊的制造流程為：激光 二極管芯片的外延部分以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、砷化銦鎵（InGaAs） 等作為發(fā)光與檢光材料，利用有機(jī)金屬氣相沉積法（MOCVD）等方式，制成外 延片，然后將外延片制成激光二極管，隨后搭配濾鏡、金屬蓋等組件，封裝成 TO can（Transmitter Outline can），再將此 TO can 與陶瓷套管等組件，封裝成光學(xué) 次模塊（OSA）。最后再搭配電子次模塊（ESA），電子次模塊內(nèi)部包含傳送及接 收兩顆驅(qū)動(dòng) IC，用以驅(qū)動(dòng)激光二極管與檢光二極管，如此結(jié)合即組成光模塊。早期的光模塊所用的光器件收和發(fā)是分開(kāi)的，一個(gè)是 TOSA（Transmitting Optical Sub-Assembly，光發(fā)射組件），一個(gè)是 ROSA（Receiving Optical Sub-Assembly，光 接收組件），隨著小型化的發(fā)展，二者合二為一就成了 BOSA（Bi-Directional Optical Sub-Assembly，光發(fā)射接收組件），也有的光器件集成 1 個(gè) TOSA 和 2 個(gè) ROSA 的就成了 Triplexer。光器件可根據(jù)工作時(shí)是否進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，分為有源光器件和無(wú)源光器件。有源光 器件是光通信系統(tǒng)中將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的關(guān)鍵器 件，是光傳輸系統(tǒng)的心臟，主要包括包括激光器、調(diào)制器、探測(cè)器和集成器件 等；無(wú)源光器件是光通信系統(tǒng)中需要消耗一定能量但沒(méi)有光電或電光轉(zhuǎn)換的器 件，用于滿足光傳輸環(huán)節(jié)的其他功能，是光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，包括光連接 器、光隔離器、光分路器、光濾波器、光開(kāi)關(guān)等。
光器件種類繁多，按照通信上下游劃分，光器件可分為光電芯片、光器件和光模塊。光電芯片是光器件的核心元件，根據(jù)材料的不同可分為 InP、GaAs、Si/SiO2、SiP、 LiNbO3、MEMS 等芯片，根據(jù)功能不同可分為激光器芯片、探測(cè)器芯片、調(diào)制器芯片。這些芯片/器件集成后，再加入外圍電路形成一個(gè)光通信模塊，被廣泛應(yīng)用于路 由器、基站、傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)等光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。光芯片在光模塊中的成本占比分布在低端器件、中端器件及高端器件上的數(shù)據(jù)分別是 20%、50% 和 70%。? 光通信芯片企業(yè)采用高頻性能突出的 GaAs 以及 InP 化合物半導(dǎo)體為光通信芯片的 襯底。GaAs 以及 InP 可被制成電阻率比硅、鍺高 3 個(gè)數(shù)量級(jí)以上的半絕緣高阻材 料，用來(lái)制作襯底具有高頻、高低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，符 合 5G 通信高頻的特點(diǎn)，因而在光通信芯片領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。全球 GaAs 襯底市場(chǎng)集中度較高，根據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)，2019 年全球砷化鎵襯底市場(chǎng)主 要生產(chǎn)商包括：德國(guó) Freiberger、日本 Sumitomo 和美國(guó) AXT（北京通美），其中德 國(guó) Freiberger 占比 28%、日本 Sumitomo 占比 21%、美國(guó) AXT（北京通美）占比 13%。從市場(chǎng)格局來(lái)看，InP 襯底材料市場(chǎng)頭部企業(yè)集中度很高，主要供應(yīng)商包括日本 Sumitomo、美國(guó) AXT（北京通美）、日本 JX 等。Yole 數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球前三 大廠商占據(jù)磷化銦襯底市場(chǎng) 90%以上市場(chǎng)份額，其中 Sumitomo 為全球第一大廠 商，占比為 42%；美國(guó) AXT（北京通美）位居第二，占比 36%。磊晶生成的外延片質(zhì)量（Wafer）是決定光芯片性能的關(guān)鍵因素，且生成條件較 為嚴(yán)苛，是光芯片制備的重要環(huán)節(jié)。目前磊晶生長(zhǎng)方式有 MOCVD、MBE 兩種。GaAs 外延片生產(chǎn)，則有不同的商業(yè)模式：1）GaAs LED 市場(chǎng)主要是垂直整合，擁有成 熟的 IDM 廠商，如歐司朗（Osram）、三安光電（San’an）、晶元光電（Epistar）、乾照 光電（Changelight）等；2）GaAs 射頻市場(chǎng)則采用外延生產(chǎn)外包模式，過(guò)往幾年 GaAs 射頻外延業(yè)務(wù)經(jīng)歷多次整合，如今產(chǎn)生了四大領(lǐng)導(dǎo)廠商：IQE、全新光電（VPEC）、住 友化學(xué)（包括住友化學(xué)先進(jìn)技術(shù)和 SCIOCS）、英特磊（IntelliEPI）；3）GaAs 光電子市 場(chǎng)，外延業(yè)務(wù)仍然取決于應(yīng)用：GaAs 數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)主要是 IDM 模式，主要廠商有菲 尼薩（Finisar）、安華高（Avago）、貳陸（II-VI）等，而對(duì)于規(guī)模較大且成本敏感性高 的消費(fèi)電子類需求，主要以 Foundry 模式為主，如蘋果供應(yīng)商 Lumentum 選擇外延生 產(chǎn)外包，將 IQE 作為其 VCSEL 外延生產(chǎn)服務(wù)商。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）
激光二極管在光模塊內(nèi)肩負(fù)著將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的重任，常用的激光二極管按發(fā) 光類型，分為面發(fā)射與邊發(fā)射。其中，面發(fā)射型激光主要為垂直腔面發(fā)射激光器 （VCSEL）；邊發(fā)射型激光種類較多，目前使用最為廣泛的是法布里-珀羅激光器（FP） 激光器、分布反饋激光器（DFB）和電吸收調(diào)制激光器（EML）。
1）VCSEL ：屬于面發(fā)射類型（垂直腔結(jié)構(gòu)），VCSEL可以提供高質(zhì)量的激光束，更高的 耦合效率和空腹反射率，相比 FP 激光器和 DFB 激光器，VCSEL 制造比較容易，這樣就 能夠生產(chǎn)低成本基于 VCSEL 的收發(fā)器。VCSEL 在功耗、溫漂、成本、集成、散熱等方 面具有一定優(yōu)勢(shì)，但由于目前投入實(shí)際應(yīng)用的 VCSEL 主要集中在 850nm/980nm 波長(zhǎng)范 圍內(nèi)，這種激光器更適合應(yīng)用于短距離的數(shù)據(jù)中心內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸和接入網(wǎng)等領(lǐng)域。2）FP 激光器（Fabry-perot 法布里-珀羅激光器）：FP 激光器 TO 全稱“TO 封裝多量子阱 FP 腔縱模激光器”，它是以 FP 腔為諧振腔，發(fā)出多縱模相干光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，屬 于邊發(fā)射類型（水平腔結(jié)構(gòu)）。FP 激光器結(jié)構(gòu)和制作工藝簡(jiǎn)單，成本低，主要用于中 短距離傳輸，比如傳輸距離一般在 20 公里以內(nèi)。3）DFB（Distributed Feedback Laser）激光器：分布式反饋激光器屬于邊發(fā)射類型（水 平腔結(jié)構(gòu)），是在 FP 激光器的基礎(chǔ)上，將布拉格光柵集成到激光器內(nèi)部的有源層中 （也就是增益介質(zhì)中），在諧振腔內(nèi)形成選模結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單模工作（即使用光柵選頻 以實(shí)現(xiàn)單模工作）。DFB 相較 VCSEL 波長(zhǎng)更長(zhǎng)（一般用 1310nm 和 1550nm 這 2 種波 長(zhǎng)），在包括傳輸網(wǎng)、無(wú)線基站、數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)等領(lǐng)域在內(nèi)的中長(zhǎng)距離傳輸被普 遍使用。以上三中激光器都屬于直接調(diào)制激光器（DML，Directly Modulated Laser），信號(hào)的 0/1 調(diào)制通過(guò)控制其電流使激光器輸出強(qiáng)度改變來(lái)完成，但是由于調(diào)制電流的變化，激光 器會(huì)發(fā)生比較明顯的頻率啁啾，導(dǎo)致脈沖展寬、信號(hào)失真，因此 DML 型不適合高速 長(zhǎng)距離傳輸。后來(lái)，集成了電吸收調(diào)制器（EAM）與 DFB 的電吸收調(diào)制激光器 （EML）應(yīng)運(yùn)而生：EML 工作時(shí)，給激光器的注入電流保持恒定，依靠外部調(diào)制器對(duì) 光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，因此不易產(chǎn)生啁啾效應(yīng)、信號(hào)傳輸質(zhì)量較理想，適合高速率、遠(yuǎn)距 離的電信骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)類的應(yīng)用；但是相對(duì)地，EML 在價(jià)格和功耗 層面優(yōu)勢(shì)不夠明顯，因?yàn)?EML 在使用時(shí)需要給調(diào)制器 EAM 額外提供一個(gè)負(fù)壓偏置， 同時(shí)還要搭配半導(dǎo)體制冷器（TEC）進(jìn)行精密的環(huán)境溫度控制來(lái)保證高信號(hào)傳輸質(zhì) 量。光模塊根據(jù)不同場(chǎng)景的選擇和使用是完全不同的，其中最主要的就是根據(jù)傳輸速率、 傳輸距離、不同的波長(zhǎng)來(lái)選擇激光器類型和調(diào)制方式：在高速率 100G 光模塊中，幾 十米用 VCSEL 激光器，500 米到 10 公里用 DFB 激光器，40 公里用 EML 激光器；在 10G 光模塊中，1310nm 波長(zhǎng)屬于零色散區(qū)域，在傳輸 20 公里可選用 DML 激光器，若是 1550nm 波長(zhǎng)需要選用 EML 激光器。
5. 國(guó)產(chǎn)光芯片與美日廠商差距較大，替代壁壘較高但空間廣闊
國(guó)產(chǎn)光芯片基礎(chǔ)薄弱，與美日廠商差距較大。全球高端光芯片基本被國(guó)外廠商壟斷， 其中。我國(guó)在高端芯片領(lǐng)域的自主技術(shù)研發(fā)和投入實(shí)力方面相對(duì)較弱，目前主要集中 在中低端光芯片產(chǎn)品的研發(fā)、制造。全球主要光器件廠家均積極布局有源光芯片、器件與光模塊產(chǎn)品，并達(dá)到 100Gb/s 速 率及以上的水平。在中興、華為等通信設(shè)備的強(qiáng)勢(shì)助攻下，中國(guó)成為世界上最大的光 器件消費(fèi)大國(guó)，市場(chǎng)占比約為 35%。國(guó)內(nèi)企業(yè)在無(wú)源器件、低速光收發(fā)模塊等中低端 細(xì)分市場(chǎng)較強(qiáng)，然而以高速率為主要特征的高端光芯片技術(shù)，還掌握在美日企業(yè)手中 （美、日企業(yè)占據(jù)了全球高端光芯片超過(guò) 50%市場(chǎng)份額，占據(jù)我國(guó)高端光芯片 90%以 上的市場(chǎng)份額），我國(guó)高速率光芯片國(guó)產(chǎn)化率僅 3%左右。國(guó)內(nèi)企業(yè)目前只掌握了 10Gb/s 速率及以下的激光器、探測(cè)器、調(diào)制器芯片，以及 PLC/AWG 芯片的制造工藝 以及配套 IC 的設(shè)計(jì)、封測(cè)能力，25Gb/s 的工藝能力及產(chǎn)能配套都無(wú)法形成規(guī)模；單通 道 25Gbps 光芯片大部分已可國(guó)產(chǎn)化，電芯片部分國(guó)產(chǎn)化，但絕大多數(shù) 25Gb/s 速率模 塊使用的光電芯片只能做到小批量供貨，大部分還要依賴進(jìn)口。50Gbps 以上的光電芯 片，只有很少部分器件可國(guó)產(chǎn)化。更為高端的 100G 光通信系統(tǒng)，其中可調(diào)窄線寬激 光器、相關(guān)光發(fā)射/接收芯片均高度依賴進(jìn)口。在電跨阻放大芯片、高速模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn) 化芯片、相關(guān)通信 DSP 芯片以及 5G 移動(dòng)通信前傳光模塊需要的 50Gb/s PAM-4 芯片 上，還鮮少有國(guó)內(nèi)廠家能夠規(guī)?；┴浬逃媒鉀Q方案。光器件行業(yè)相對(duì)分散，產(chǎn)品種類繁多，不同產(chǎn)品領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)格局具有較大差異。光電子器件每一種類別下會(huì)產(chǎn)生上百種產(chǎn)品型號(hào)，它們之間還能組合成各種各樣 的模塊、子系統(tǒng)等。因此，專業(yè)化分工來(lái)研發(fā)、生產(chǎn)和銷售各種光電子器件已成 為行業(yè)的特點(diǎn)。由于各個(gè)企業(yè)所掌握的技術(shù)特點(diǎn)和銷售渠道不同，他們?cè)诓煌a(chǎn) 品領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)地位也不盡相同。在低端器件領(lǐng)域，如光纖耦合器、連接器、低速 收發(fā)模塊等的生產(chǎn)廠商較多，競(jìng)爭(zhēng)很激烈。在技術(shù)含量較高的高端模塊和子系統(tǒng) 領(lǐng)域，如 DWDM 器件、40Gbit/s 以上光收發(fā)模塊、ROADM 子系統(tǒng)等，生產(chǎn)廠商 相對(duì)較少，具備較強(qiáng)自主研發(fā)能力的廠商在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。我國(guó)光器件行 業(yè)廠商眾多，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠商以中小企業(yè)為主，規(guī)模層次不齊，自主研發(fā)和投入 實(shí)力相對(duì)較弱，主要生產(chǎn)中低端產(chǎn)品，產(chǎn)品比較單一，普遍收入規(guī)模不大。目前，光器件行業(yè)有源光器件市場(chǎng)要遠(yuǎn)大于無(wú)源光器件市場(chǎng)。有源光器件的光收 發(fā)模塊占據(jù)了絕大部分光器件市場(chǎng)份額，據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，有源光收發(fā)模塊的 產(chǎn)值在光器件中占比超過(guò) 60%，其在輸入端、傳輸端等不同細(xì)分領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān) 重要的作用。此外，無(wú)源光器件需求在快速增加。在光纖到戶的發(fā)展趨勢(shì)下，從 局端機(jī)房到用戶終端設(shè)備之間的光纖接入網(wǎng)建設(shè)規(guī)模增加，光纖路徑復(fù)雜、連接 數(shù)量膨脹，各類光通信設(shè)備的使用量大增，相應(yīng)地刺激了需求的快速增長(zhǎng)。目前 我國(guó)光器件廠商占據(jù)全球約 15%市場(chǎng)份額，其中無(wú)源光器件的競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較高。光芯片國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：從產(chǎn)品路線來(lái)看，布局 DFB 激光器和 PIN 探測(cè)器的廠家更為 集中，而 VCSEL 的廠商較多，但由于人臉識(shí)別等傳感市場(chǎng)的空間更多，所以僅專注于 數(shù)通市場(chǎng)的廠家則較少。當(dāng)前中國(guó)光芯片企業(yè)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn) 10G 及以下的 DFB 、FP、 VCSEL、PIN、 APD 光芯片進(jìn)口替代，2020 年中國(guó) 10G 速率及以下光芯片國(guó)產(chǎn)化率已實(shí) 現(xiàn)完全替代，在接入網(wǎng)市場(chǎng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)完全自給自足，但 1577nm EML 仍依賴進(jìn) 口，國(guó)產(chǎn)化仍在進(jìn)一步驗(yàn)證中，并有部分廠商推出 DML 方案進(jìn)行替代；在 25Gbps 以 上，尤其是 EML 激光器芯片依然嚴(yán)重依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化芯片仍在驗(yàn)證提升的階段，大 規(guī)模供應(yīng)仍有待進(jìn)一步突破。但值得一提的是，受益于我國(guó) 5G 規(guī)模建設(shè)的提速，以 及全球化貿(mào)易摩擦，中國(guó)光芯片企業(yè)在 25Gbps CWDM/MWDM/LWDM 激光器突破方 面，展現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)能力的提升，超過(guò) 5 家企業(yè)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)供應(yīng)。
目前我國(guó)光芯片國(guó)產(chǎn)化挑戰(zhàn)眾多， 主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1）一是我國(guó)光電子芯片流 片加工嚴(yán)重依賴國(guó)外：高速DFB、EML 芯片所需的 InP 工藝，VCSEL 激光器所需的 GaAs 工藝等都依賴美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)的代工資源，使得我國(guó)在國(guó)家各級(jí)研發(fā)計(jì) 劃支持下發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)大量流失。由于缺乏完整、穩(wěn)定的光電子芯片、器件加工工 藝平臺(tái)以及工藝人才隊(duì)伍，國(guó)內(nèi)還難以形成完備的標(biāo)準(zhǔn)化光通信器件研發(fā)體系，導(dǎo)致 芯片研發(fā)周期長(zhǎng)、效率低，造成我國(guó)光通信器件技術(shù)與國(guó)外差距逐漸擴(kuò)大。
可工程化 的三五族材料工藝、硅光工藝平臺(tái)能力，是制約國(guó)內(nèi)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)在高端光通信芯 片上快速創(chuàng)新的瓶頸，也是制約國(guó)產(chǎn)芯片大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸，換言之，外延生長(zhǎng) 的質(zhì)量決定光通信芯片的傳輸性能，為光通信芯片生產(chǎn)技術(shù)壁壘最高的環(huán)節(jié)，現(xiàn)階 段，中國(guó)光通信芯片企業(yè)還未掌握成熟的外延技術(shù)，外延技術(shù)的落后拖累中國(guó)光通信 芯片的行業(yè)發(fā)展；2）二是標(biāo)準(zhǔn)、專利等軟實(shí)力建設(shè)意識(shí)、能力不足：在光通信器件 與模塊的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定中，一直以來(lái)很少見(jiàn)到中國(guó)企業(yè)的身影。參與新標(biāo)準(zhǔn)的制定， 也意味著跟進(jìn)行業(yè)發(fā)展潮流，甚至左右行業(yè)發(fā)展的方向，但國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)普遍參照國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)執(zhí)行，這導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)企業(yè)話語(yǔ)權(quán)的缺失，使得標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)發(fā)展以眾多國(guó)外大企業(yè)的 意志為走向，這對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)十分不利。需要加強(qiáng)中國(guó)光通信器件廠家的基礎(chǔ)研究、技 術(shù)預(yù)研，通過(guò)原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性技術(shù)的突破來(lái)進(jìn)一步提升產(chǎn)業(yè)影響力與標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)；3）三是光通信芯片相關(guān)配套行業(yè)領(lǐng)域基礎(chǔ)薄弱，無(wú)法形成支撐：光通信器件產(chǎn)業(yè)發(fā) 展嚴(yán)重依賴于先進(jìn)測(cè)試儀表、制造裝備等基礎(chǔ)性行業(yè)能力。國(guó)內(nèi)儀表裝備廠商基本從 事低端設(shè)備的開(kāi)發(fā)，精度高、自動(dòng)化程度高的設(shè)備大多嚴(yán)重依賴進(jìn)口，光通信器件企 業(yè)固定資產(chǎn)投資負(fù)擔(dān)重，還存在產(chǎn)業(yè)安全等問(wèn)題。應(yīng)提高對(duì)自主研發(fā)的光通信器件制 造與測(cè)試裝備的重視程度，比如全自動(dòng)高精度貼片機(jī)、全自動(dòng)打線機(jī)、高速率光電信 號(hào)測(cè)試儀表及裝備等。
從下游應(yīng)用端市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，隨著 5G 商用的普及，光通信器件市場(chǎng)已進(jìn)入新的增長(zhǎng) 周期。LightCounting 認(rèn)為，2020 年和 2021 年，由于 COVID-19 大流行，人們開(kāi)始轉(zhuǎn)向 居家辦公和學(xué)習(xí)，對(duì)更快、更普遍、更高可靠性的網(wǎng)絡(luò)的需求更加強(qiáng)烈，雖然供應(yīng)鏈 短缺仍在繼續(xù)，但該行業(yè)能夠在很大程度上克服這些問(wèn)題，光器件和模塊市場(chǎng)在 2020 年和 2021 年實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)勁增長(zhǎng)。同時(shí) LightCounting 預(yù)測(cè)，光模塊市場(chǎng)在 2021 年增長(zhǎng) 9%，2020 年增長(zhǎng) 17%之后，2022 年有望再次實(shí)現(xiàn)收入的強(qiáng)勁增長(zhǎng)（預(yù)計(jì) 17%），同時(shí) 預(yù)計(jì) 2022-2027 年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為 12%。2020 年度，全球光芯片市場(chǎng)規(guī)模約 20 億美元，這其中約有 60%的營(yíng)收來(lái)自于 InP 激 光器市場(chǎng)，包括 DFB 和 EML 芯片；25%來(lái)自于 PIN/APD/MPD 接收、監(jiān)測(cè)芯片市場(chǎng)；15%來(lái)自于 VCSEL 激光器芯片市場(chǎng)。我們預(yù)計(jì) 2020 年至 2025 年未來(lái)五年間，受益于 5G網(wǎng)絡(luò)帶動(dòng)萬(wàn)物互聯(lián)新應(yīng)用，以及帶動(dòng)相應(yīng)數(shù)據(jù)中心、接入網(wǎng)、城域骨干網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)基 礎(chǔ)設(shè)施的全面升級(jí)，高速光芯片將在 2023 年左右迎來(lái)高速發(fā)展期。7. 中國(guó)光芯片企業(yè)步入高速發(fā)展期根據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)顯示，到 2026 年全球光模塊器件磷化銦襯底（折合兩英寸）預(yù)計(jì)銷量 將超過(guò) 100 萬(wàn)片，2019 年-2026 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 13.94%，2026 年全球光模塊器件磷化 銦襯底預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 1.57 億美元，2019-2026 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 13.94%。根據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，激光器是砷化鎵襯底未來(lái)五年最大的應(yīng)用增長(zhǎng)點(diǎn)之一。預(yù)計(jì)到 2025 年，全球激光器砷化鎵襯底（折合二英寸）的市場(chǎng)銷量將從 2019 年的 106.2 萬(wàn)片增長(zhǎng) 至 330.3 萬(wàn)片，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 20.82%；預(yù)計(jì)到 2025 年，全球激光器砷化鎵襯底市 場(chǎng)容量將達(dá)到 6,100 萬(wàn)美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 16.82%。在具體應(yīng)用方面，未來(lái)五年激光器砷化鎵襯底的需求增長(zhǎng)主要由 VCSEL 的需求拉動(dòng)。VCSEL 是一種垂直于襯底面射出激光的半導(dǎo)體激光器，在應(yīng)用場(chǎng)景中，常常在襯底多 方向同時(shí)排列多個(gè)激光器，從而形成并行光源，用于面容識(shí)別和全身識(shí)別，目前已在 智能手機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，隨著 3D 傳感技術(shù)在各領(lǐng)域的深度應(yīng) 用，VCSEL 市場(chǎng)將持續(xù)快速發(fā)展，繼而加大砷化鎵襯底的需求。2019 年，全球 VCSEL 器件砷化鎵襯底（折合二英寸）銷量約為 93.89 萬(wàn)片，預(yù)計(jì)到 2025 年將增長(zhǎng)至 299.32 萬(wàn)片，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 21.32%；2019 年全球 VCSEL 器件砷化鎵襯底襯底市場(chǎng)規(guī)模約 為 2,100 萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到 2025 年全球砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 5,600 萬(wàn)美元，年復(fù) 合增長(zhǎng)率為 17.76%。
根據(jù)感知芯世界的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前從事光芯片制造的企業(yè)主要分布于美國(guó)，日本，韓國(guó)， 新加坡和中國(guó)；從數(shù)量上來(lái)看，中國(guó)的光芯片企業(yè)已然占據(jù)了優(yōu)勢(shì)，但從營(yíng)收情況來(lái) 看，市場(chǎng)份額占比還遠(yuǎn)不及美日等企業(yè)。中國(guó)光芯片產(chǎn)業(yè)剛正從發(fā)展初期逐步進(jìn)入高 速發(fā)展期，而較多的企業(yè)仍處于 Fabless 無(wú)外延能力的模式，仍需要借助中國(guó)臺(tái)灣、新加坡 等地區(qū)外延支持能力。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，中國(guó)光芯片市場(chǎng) 2019 年達(dá)到 4.2 億美元，同比增長(zhǎng) 9.52%，隨著下 游需求的驅(qū)動(dòng)，我們預(yù)計(jì)中國(guó)光芯片市場(chǎng)將從 2020 年市場(chǎng)規(guī)模 6.7 億美元迅速增長(zhǎng)到 2025 年 11 億美元，CAGR 將達(dá)到 17.4%。雖然我國(guó)主流激光器專業(yè)廠商收入仍處于較 低水平，但近年來(lái)我國(guó)光芯片產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入迅速發(fā)展期，產(chǎn)品線布局、良率、市場(chǎng)規(guī)模 都取得了較快增長(zhǎng)。
1）接入網(wǎng)市場(chǎng)：國(guó)產(chǎn)化完成替代，逐步走向創(chuàng)新引領(lǐng)在 2009~2018 年長(zhǎng)達(dá)十年的寬帶接入市場(chǎng)快速發(fā)展中，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大規(guī)模的 光纖寬帶接入市場(chǎng)，全球?qū)拵Ы尤胝急雀哌_(dá) 60%。用于接入網(wǎng) PON 模塊的 10G 及以下 速率的光芯片已可實(shí)現(xiàn)近乎 100%的供應(yīng)能力，但 EML 相關(guān)依然需要進(jìn)口，且因個(gè)別 客戶對(duì)于芯片品牌的要求，日、美、韓等地領(lǐng)先的光芯片廠商依然占據(jù)一定的位置， 但份額逐年下滑。而隨著我國(guó)率先進(jìn)入千兆入戶時(shí)代，我國(guó)光芯片產(chǎn)業(yè)有望進(jìn)一步面 向下一代光接入網(wǎng)市場(chǎng)推出創(chuàng)新的光芯片解決方案。2）5G 承載網(wǎng)絡(luò)：前傳國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升2020 年，我國(guó) 5G 基站進(jìn)入大規(guī)模部署，我國(guó)光芯片、光模塊廠商在 5G 前傳光模塊 的批量供應(yīng)鏈條取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，并率先實(shí)現(xiàn)了新型標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)配套和批量商用。從當(dāng)前的情況來(lái)看，10G DFB 激光器芯片、PIN PD 探測(cè)器芯片、VCSEL 芯片均已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 了完全國(guó)產(chǎn)化替代，可以實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)級(jí)規(guī)?；慨a(chǎn)。而受益于中國(guó) 25G 光模塊的規(guī)模招 標(biāo)應(yīng)用，國(guó)產(chǎn)化 25G DFB 激光器芯片也實(shí)現(xiàn)規(guī)?；可a(chǎn)，量產(chǎn)良率及后續(xù)市場(chǎng)開(kāi) 拓有待進(jìn)一步突破。25G PIN PD 探測(cè)器芯片方面，也有不少國(guó)內(nèi)廠商在 2020 下半年完 成批量化供貨。值得一提的是，助力 5G 建設(shè)，以源杰半導(dǎo)體、海信寬帶、光迅科 技、敏芯半導(dǎo)體、中科光芯等國(guó)產(chǎn)化光芯片廠商陸續(xù)完善產(chǎn)品線，并率先推出 CWDM、MWDM、LWDM 等激光器芯片方案。尤其是在 25G MWDM12 DFB 激光器方 面，源杰半導(dǎo)體更是成為 2020 年度唯一一家實(shí)現(xiàn)批量商用的廠家。一定程度上，也 代表了國(guó)產(chǎn)化光芯片依靠強(qiáng)大的市場(chǎng)需求，進(jìn)一步完善自身的創(chuàng)新能力。3）數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)：國(guó)產(chǎn)化替代下一個(gè)重要目標(biāo)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)是一個(gè)技術(shù)迭代速度很快的市場(chǎng)，普遍 3-5 年一個(gè)代際，因此，帶給國(guó) 內(nèi)光芯片企業(yè)更多的挑戰(zhàn)，企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)能否在 3 年內(nèi)突破新技術(shù)存在極大的不確定 性，而市場(chǎng)迭代速度的加快，則讓新興企業(yè)追趕更加困難。因此，這一市場(chǎng)中的 25G EML 以上芯片幾乎 95%由國(guó)際巨頭芯片企業(yè)所壟斷。當(dāng)前重慶凌越光電，深圳斑 巖電子從 25G EML 起步，但能否實(shí)現(xiàn)批量出貨還有待市場(chǎng)的驗(yàn)證。25G 光芯片是 100G 及以上光模塊的核心芯片之一，激光器方面，源杰半導(dǎo)體、三安 集成、敏芯等多家企業(yè)重點(diǎn)布局這一領(lǐng)域，源杰半導(dǎo)體率先推出 25G CWDM4 DFB 激 光器芯片并于 2020 年實(shí)現(xiàn)了批量供貨并獲得了客戶的認(rèn)可，隨后敏芯、三安集成也 于去年底宣布實(shí)現(xiàn)批量出貨。與此同時(shí)，更多廠商開(kāi)始布局外調(diào)制方式的 EML 激光器 的研究，光安倫也在 2021 年 8 月宣布推出 25G EML 激光器，我們預(yù)計(jì)在 2022 年將會(huì) 看到國(guó)內(nèi)廠商在這一領(lǐng)域更多的突破；25G PIN 探測(cè)器芯片方面，芯思杰、三安集成 于 2020 年下半年開(kāi)始向客戶批量交付，蘇納光電，光森電子等也相繼宣布實(shí)現(xiàn)小批 量；25G APD 方面，SiFotonics 則獨(dú)占鰲頭，芯思杰，敏芯等也于 2020 年正式發(fā)布了 相應(yīng)的產(chǎn)品。在 25G VCSEL 芯片方面，華芯半導(dǎo)體、三安集成、長(zhǎng)瑞光電、博升光 電、仟目激光也已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了批量供應(yīng)的局面，并同時(shí)在布局 50G VCSEL，2021 年 年底前推出相應(yīng)的樣品。
高功率光纖激光器芯片市場(chǎng)：國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)入加速期
高功率光纖激光器，是相對(duì)于光纖通訊中作為載波的低功率光纖激光器而言的，是在 光纖技術(shù)和激光泵浦原理基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新一代固態(tài)激光器，是 21 世紀(jì)最先進(jìn)和最高 效的激光器。近年來(lái)，隨著高功率半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)和雙包層光纖制作工藝的成 熟發(fā)展，高功率光纖激光器的高轉(zhuǎn)換效率和高輸出功率正在引起激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)新的革 命。相比較傳統(tǒng)的固體激光器，光纖激光器具有高光電轉(zhuǎn)換效率，良好的激光束質(zhì) 量、全固態(tài)結(jié)構(gòu)以及散熱方便等方面的優(yōu)點(diǎn)，在許多應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。光在光纖中的全反射傳輸現(xiàn)象在很早就已被發(fā)現(xiàn)，早期的光纖由于損耗較大（約 1000 dB/km），除了用于醫(yī)療器件中的成像元件外，很難在長(zhǎng)距離下使用。20 世 紀(jì) 70 年代，光纖的損耗下降到 20 dB/km，目前制作的通信光纖的損耗在 1.55μm 波長(zhǎng)已下降到 0.1 dB/km，這一進(jìn)展帶動(dòng)了光纖通信革命性的變化。20 世紀(jì) 80 年 代，采用單模激光二極管作泵浦源，在單模光纖中獲得數(shù)十毫瓦的激光輸出，其 中工作波長(zhǎng)為 1550nm 的摻鉺光纖放大器成為光通信中十分有用的信號(hào)放大元 件。由于單模光纖纖芯直徑十分細(xì)小，一般在 10μm 以下，要將更大的功率注入 到光纖纖芯中在技術(shù)上遇到了困難，為此，1998年出現(xiàn)了雙包層光纖，它可以保 持細(xì)小的纖芯尺度，而使抽運(yùn)光進(jìn)入數(shù)百微米量級(jí)的內(nèi)包層中。這一技術(shù)上的突 破式光纖激光器的輸出功率在十余年內(nèi)迅速上升。光纖作為導(dǎo)波介質(zhì)，纖芯直徑小，纖芯內(nèi)易形成高功率能量反轉(zhuǎn)密度，可方便地 與目前的光纖通信系統(tǒng)高效連接。此外，光纖激光器具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、 高增益、輸出光束質(zhì)量好和窄線寬等特點(diǎn)：由于光纖可以很好的纏繞在一起，使 得激光器可設(shè)計(jì)得小巧便攜、結(jié)構(gòu)緊湊、高度集成；由于光纖具有很高的“表面 積/體積”比，系統(tǒng)自身散熱效果好，所以光纖激光器只需簡(jiǎn)單的風(fēng)冷就可以在-20～70℃的環(huán)境溫度內(nèi)工作，而且可以在環(huán)境惡劣的條件下工作，如在高沖擊震 蕩、高環(huán)境溫度、高 PM 值的條件下正常運(yùn)轉(zhuǎn)；此外，光纖激光器具有相當(dāng)好的 可調(diào)諧參數(shù)和選擇性，能獲得寬調(diào)諧范圍和相當(dāng)好的單色 性和高穩(wěn)定性，平均無(wú)故障工作時(shí)間在 10kh 甚至 100kh。擁有眾多令人矚目的優(yōu) 點(diǎn)，使得光纖激光器已在光纖通信、傳感、工業(yè)加工、國(guó)防和軍事等領(lǐng)域取得廣 泛應(yīng)用。
與其他類型的激光器一樣，光纖激光器由增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔三個(gè)部分組成。光纖激光器使用纖芯中摻雜有稀土元素的有源光纖作為增益介質(zhì)。一般采用半導(dǎo)體激 光器作為泵浦源。而諧振腔則一般利用反射鏡、光纖端面、光纖環(huán)形鏡或光纖光柵等 器件構(gòu)成。具體工作過(guò)程為：在工作狀態(tài)下，有源光纖（增益光纖）通過(guò)吸收泵源提供的能量，經(jīng)有源光纖和光纖光柵組成的諧振腔激勵(lì)放大后輸出激光。
種子源：又稱信號(hào)源，是激光放大系統(tǒng)中輻射放大的對(duì)象，提供低功率信號(hào)的激 光作為“種子”讓放大系統(tǒng)依照這個(gè)“種子”的狀態(tài)進(jìn)行放大。有源光纖：有源光纖作為增益介質(zhì)，在光纖激光器中的作用為實(shí)現(xiàn)將泵浦光到信 號(hào)光的能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)放大作用。無(wú)源光纖：無(wú)源光纖主要實(shí)現(xiàn)光傳輸?shù)淖饔?，不參與波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換。在光纖激光器 系統(tǒng)中，主要有光纖光柵、光纖隔離器中的無(wú)源匹配光纖和激光傳能組件中的無(wú) 源多模大芯徑傳能光纖等。目前國(guó)內(nèi)供應(yīng)商的無(wú)源光纖產(chǎn)品已基本完全可以滿足 生產(chǎn)需求，僅少量用于超高功率產(chǎn)品的無(wú)源光纖依然需要使用進(jìn)口光纖。光纖激光器各組成部分均由多個(gè)核心光學(xué)器件制作而成，核心光學(xué)器件的技術(shù)水 平直接決定了光纖激光器輸出的激光功率水平和性能參數(shù)，光學(xué)器件占光纖激光 器成本 60%以上。2. 分類-按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)握袷幤鹘Y(jié)構(gòu)與 MOPA 結(jié)構(gòu)光纖激光器得益于光纖激光器件能力的提升，特別是光纖布拉格光柵（FBG）功率負(fù)載能力的提 升，近年來(lái)基于單振蕩器構(gòu)型的高功率連續(xù)光纖激光器輸出功率不斷提高，從早期的 500 W 到 750 W，再到目前的 6-8kW。功率的大幅提升使其在激光切割、焊接、熔覆 及 3D 打印等先進(jìn)制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用單振蕩器構(gòu)型的好處在于激光器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)抗反激光能力更強(qiáng)。而當(dāng) 激光器功率進(jìn)一步提升，或者對(duì)光譜、偏振態(tài)等特性有更復(fù)雜的要求時(shí)，這就需要采 用 MOPA 構(gòu)型。MOPA（Main Oscillator and Power Amplifier）中文全稱為主振蕩器加功 率放大器，是相對(duì)于單振蕩器構(gòu)型而言的一種激光器構(gòu)型，特指基于電調(diào)制種子源加 一級(jí)或多級(jí)功率放大器的光纖激光器。國(guó)外代表性廠商有 SPI，國(guó)內(nèi)代表廠商有杰普特、光至科技。MOPA 構(gòu)型是激光器設(shè)計(jì)上難度與復(fù)雜度權(quán)衡的結(jié)果。基于單振蕩器構(gòu)型去實(shí)現(xiàn) 激光器所有輸出指標(biāo)，過(guò)于困難或者根本做不到；增加放大器，加大了激光器的 復(fù)雜度，卻緩解了難度瓶頸。在高功率激光器設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò) MOPA 結(jié)構(gòu)可將功率 提升和參數(shù)控制的難度分散在振蕩器和放大器中。也就是說(shuō)，振蕩器主要關(guān)注除 功率外的頻域和時(shí)域參數(shù)的調(diào)控，功率放大則主要由單級(jí)或多級(jí)放大器來(lái)完成。換言之，激光器除功率外的主要性能基本上是由振蕩器決定；（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）高反射材料切割和焊是激光加工的一大難題，因?yàn)楦叻床牧贤ǔ?duì)光纖激光的吸 收率很低，而且吸收的熱量很快會(huì)擴(kuò)散，這對(duì)激光加工就造成了很大難度；同 時(shí)，激光照射到這些高反材料上，大部分能量會(huì)被反射出去，反射的激光有可能 會(huì)返回激光器內(nèi)部，在加工過(guò)程中出現(xiàn)出光不穩(wěn)定、或停止出光現(xiàn)象，甚至還會(huì) 對(duì)激光器造成很大的損傷，縮短激光器的壽命。這些原因?qū)е麻L(zhǎng)期以來(lái)，高功率 工業(yè)用光纖激光器均采用單腔模塊而不使用主震蕩功率放大器的結(jié)構(gòu)。但是近年 來(lái)，人們通過(guò)采用特殊手段對(duì)工業(yè)加工中產(chǎn)生的反向光信號(hào)進(jìn)行濾除處理之后， 也成功地將 MOPA 連續(xù)光纖激光器應(yīng)用于激光切割、焊接等領(lǐng)域。目前工業(yè)級(jí) MOPA 結(jié)構(gòu)單模組連續(xù)光纖激光器的輸出功率已達(dá) 10-20kW。
提高光纖激光器輸出功率，有兩種路徑，第一是提高單諧振腔輸出功率，第二是采用 多光路合束輸出。工業(yè)加工用的高功率多模連續(xù)光纖激光器是由數(shù)個(gè)單模連續(xù)光纖激 光器通過(guò)光纖激光功率合束器進(jìn)行非相干功率合束而成。目前，商用的工業(yè)級(jí)單纖單 模連續(xù)光纖激光器及多模合束連續(xù)光纖激光器的最高輸出功率分別達(dá)到 20 kW 及 500 kW 量級(jí)，而在市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的多模連續(xù)光纖激光器的功率一般在 3-30 kW 量級(jí)。
光束合成分為相干合成和非相干合成兩大類。在非相干合成領(lǐng)域，又分成功率合 束器和光譜合束兩種方式。盡管相比光譜合束等其他新型合束方案，通過(guò)光纖功 率合束器會(huì)帶來(lái)較多的光束質(zhì)量退化，但是它仍然是目前應(yīng)用最早、技術(shù)最成 熟、方案最簡(jiǎn)潔、運(yùn)行最穩(wěn)定的一種方式。單模：IPG 已推出單模 20kW 連續(xù)光纖激光器，國(guó)內(nèi)國(guó)防科大、海富光子、中科 院擁有單模 10kW 連續(xù)光纖激光器能力；多模合束：IPG 已推出多模合束 500kW 連續(xù)光纖激光器，國(guó)內(nèi)創(chuàng)鑫激光推出多模 合束 35kW 連續(xù)激光器，銳科激光、飛博激光、海富光子、上海光惠、大科激光 等推出相應(yīng) 10-30kW 產(chǎn)品。3. 分類-按工作模式：連續(xù)與脈沖光纖激光器根據(jù)激光的脈沖寬度，通常將激光分成連續(xù)波（CW）、準(zhǔn)連續(xù)（QCW）、短脈沖（QSwitched）、超短脈沖（Mode-Locked）四類。毫秒、 微秒、納秒、皮秒、飛秒等時(shí)間 表示的是一個(gè)激光的脈沖寬度（簡(jiǎn)言之就是在如此短暫的時(shí)間內(nèi)輸出一個(gè)脈沖激 光）。當(dāng)輸出單脈沖時(shí)間很短時(shí)，激光的能量便在如此短的時(shí)間內(nèi)集中釋放，即可獲 得巨大的單脈沖能量和極高的峰值功率，在進(jìn)行材料加工時(shí)，可很大程度上避免長(zhǎng)脈 寬、低強(qiáng)度激光造成材料熔化與持續(xù)蒸發(fā)現(xiàn)象（熱影響），大大提高加工質(zhì)量。準(zhǔn)連續(xù)波又稱長(zhǎng)脈沖，可產(chǎn)生 ms-μs 量級(jí)的脈沖，占空比為 10%時(shí)（一個(gè)脈沖周 期內(nèi)激光出光時(shí)間所占的比例），可使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值 功率，對(duì)于鉆孔、熱處理等應(yīng)用來(lái)說(shuō)相當(dāng)有利。短脈沖指的是納秒量級(jí)的脈沖，廣泛應(yīng)用于激光打標(biāo)、雕刻以及激光清洗領(lǐng)域、超短脈沖則是通常所說(shuō)的超快激光，包括達(dá)到 ps、fs 量級(jí)的脈沖激光，當(dāng)激光以 皮秒、飛秒量級(jí)的脈沖時(shí)間作用到材料上時(shí)，會(huì)使加工效果發(fā)生顯著變化。飛秒 激光能聚焦到比頭發(fā)直徑還要小的空間區(qū)域內(nèi)，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周 圍電子的作用力還要高出數(shù)倍，從而實(shí)現(xiàn)許多地球上所不存在的、其他的方法也 無(wú)法得到極端物理?xiàng)l件。隨著脈沖能量急劇上升，高功率密度的激光脈沖能輕易 地剝離外層電子，使電子脫離原子的束縛，形成等離子體。由于激光與材料相互 作用的時(shí)間極短，等離子體還沒(méi)來(lái)得及將能量傳遞給周圍材料，就已經(jīng)從材料表 面被燒蝕掉，不會(huì)給周圍的材料帶來(lái)熱影響，因此超快激光加工也被稱為“冷加 工”。同時(shí)，超快激光幾乎可加工所有的材料的精密加工，包括金屬、半導(dǎo)體、 鉆石、藍(lán)寶石、陶瓷、聚合物、復(fù)合材料和樹(shù)脂、光阻材料、薄膜、ITO 膜、玻 璃、太陽(yáng)能電池片等等。從應(yīng)用來(lái)看，高功率連續(xù)光纖激光器主要應(yīng)用于激光切割、焊接、熔覆及 3D 打 印等領(lǐng)域；高功率納秒脈沖光纖激光器主要應(yīng)用于激光打標(biāo)、雕刻以及激光清洗 領(lǐng)域；高功率超短脈沖光纖激光器主要應(yīng)用于精細(xì)加工領(lǐng)域。從國(guó)內(nèi)外幾家公司的發(fā)展情況來(lái)看，納秒脈沖光纖激光器差別不是很顯著。美國(guó) IPG 的脈沖光纖激光器可以達(dá)到 5000 W 以上，脈沖能量在 100 mJ；而我國(guó)基本上 在 1000 W 以上，脈沖能量在 30-50 mJ，差距正在逐漸縮小。
從技術(shù)上講，可利用主動(dòng)調(diào) Q 技術(shù)實(shí)現(xiàn)納秒脈沖光纖激光器。主動(dòng)調(diào) Q 激光器即在連 續(xù)激光器中插入了一個(gè) Q 開(kāi)關(guān)。所謂 Q 值，可簡(jiǎn)單理解為振蕩器內(nèi)激光傳輸?shù)膿p耗。例如光纖激光器中按銷量計(jì)算排第一的調(diào) Q 激光器，就是在連續(xù)振蕩器腔內(nèi)插入光纖 聲光調(diào)制器（AOM），通過(guò)控制 AOM 的周期性開(kāi)關(guān)來(lái)獲得特定重頻和脈寬的激光信號(hào) 輸出。AOM 關(guān)閉時(shí)，腔內(nèi)增益光纖在抽運(yùn)激發(fā)下儲(chǔ)存能量；AOM 開(kāi)啟時(shí)，信號(hào)脈沖 產(chǎn)生并經(jīng)腔內(nèi)多次反射和增強(qiáng)，最終形成較強(qiáng)的激光脈沖輸出，類似于水壩蓄水和泄 洪。受限于 AOM 本身的工作帶寬和重頻，調(diào) Q 光纖激光器典型的工作脈寬在數(shù)十到 數(shù)百納秒范圍且無(wú)法主動(dòng)調(diào)整，脈沖重頻則在 10 kHz 到 100 kHz 范圍。主動(dòng)調(diào) Q 技術(shù) 可將脈寬壓縮至納秒量級(jí)，峰值功率達(dá) 10^6W 以上。高功率納秒脈沖光纖激光器主 要應(yīng)用于激光打標(biāo)、雕刻以及激光清洗領(lǐng)域。納秒脈沖光纖激光器是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的光纖激光器之一，早在 2003 年，國(guó)內(nèi) 第一臺(tái)應(yīng)用納秒脈沖光纖激光器的激光打標(biāo)機(jī)就已問(wèn)世。經(jīng)過(guò)近 20 年的發(fā)展，激光 打標(biāo)機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)是一片紅海，而低功率納秒脈沖光纖激光器也逐漸成為光纖激光器家 族中“高產(chǎn)量、低價(jià)格”的代表。最近幾年，隨著脈沖能量的不斷提升，納秒光纖激光 器在激光清洗行業(yè)得到應(yīng)用并快速發(fā)展，讓這一類型光纖激光器增添了新的活力。超短脈沖光纖激光器需要采用鎖模技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖寬度的進(jìn)一步壓縮。可以將鎖模 理解為激光振蕩器內(nèi)有一個(gè)超高速的 Q 開(kāi)關(guān)機(jī)制，而且開(kāi)關(guān)的重頻是由振蕩器腔長(zhǎng)決 定的。產(chǎn)生這種高速開(kāi)關(guān)的機(jī)制很多，比如可飽和吸收體（SESAM）、非線性偏振旋 轉(zhuǎn)（NPR）以及非線性相移鏡（NLM）等。皮秒甚至飛秒量級(jí)鎖模脈沖的形成，是振 蕩腔內(nèi)激光增益、損耗、色散以及非線性效應(yīng)綜合作用的結(jié)果，在特定參數(shù)條件下還 會(huì)產(chǎn)生能夠保形放大的孤子脈沖（Soliton）。鎖模技術(shù)則可將激光脈寬進(jìn)一步壓縮至 皮秒或飛秒量級(jí)，峰值功率達(dá) 10^12W 以上。高功率超短（皮秒、飛秒）脈沖光纖激 光器主要應(yīng)用于精細(xì)加工領(lǐng)域。總結(jié)來(lái)看，實(shí)現(xiàn)脈沖激光輸出主要有三種：主動(dòng)調(diào) Q/鎖模、被動(dòng)調(diào) Q/鎖模、使用直 接脈沖調(diào)制的半導(dǎo)體激光器作為種子源的 MOPA 結(jié)構(gòu)。MOPA 結(jié)構(gòu)采用半導(dǎo)體激光器 直接調(diào)制作為種子源，通過(guò)多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)種子光源高功率放大，可根據(jù)用戶實(shí)際 需求分立調(diào)節(jié)激光器的脈沖寬度與輸出頻率，比固定脈寬脈沖光纖激光器擁有更為廣 泛的應(yīng)用場(chǎng)景。陽(yáng)極氧化鋁表面處理：3C 產(chǎn)品外殼多采用輕薄的氧化鋁材料。MOPA 激光器采用 窄脈寬、高重頻的參數(shù)在陽(yáng)極氧化鋁材料表面作黑色標(biāo)刻應(yīng)用的成功，是其爆發(fā) 式增長(zhǎng)的一個(gè)里程碑，并且可以通過(guò)不同的參數(shù)組合標(biāo)刻出不同灰度效果。類似 的還有氧化鋁薄板表面剝除應(yīng)用。采用 MOPA 光纖激光器窄脈寬參數(shù)，可以達(dá)到 高峰值功率去除陽(yáng)極層的同時(shí)，降低熱傳遞和熱累積，使得材料不易變形，底紋 也更加細(xì)膩亮白。異種金屬焊接：因異種金屬之間的熔/沸點(diǎn)差異較大， 常規(guī)的熱傳導(dǎo)焊接方式不 能建立有效的焊接點(diǎn)。異種金屬焊接作為 MOPA 光纖激光器另外一個(gè)標(biāo)桿性的應(yīng) 用也是利用其特有的窄脈寬、高峰值功率來(lái)降低金屬間化合物的形成，從而形成 牢固的連接結(jié)構(gòu)。相較于調(diào) Q 光纖激光器，MOPA 光纖激光器雖然屬于后來(lái)者，但 MOPA 光纖激光器產(chǎn) 生的激光參數(shù)覆蓋更廣、調(diào)節(jié)更為靈活、應(yīng)用范圍更全面，而在相同功率的情況下， 調(diào) Q 光纖激光器更具成本優(yōu)勢(shì)，對(duì)于一般加工要求的金屬標(biāo)刻，深雕等應(yīng)用場(chǎng)景而 言，調(diào) Q 光纖激光器有著較高的市場(chǎng)占比。因此，這兩種激光結(jié)構(gòu)在納秒脈沖激光加 工的應(yīng)用市場(chǎng)上呈現(xiàn)出互補(bǔ)的狀態(tài)。
4. 全球增速有所放緩，中國(guó)市場(chǎng)暢旺
在光纖激光器誕生以前，市場(chǎng)上用來(lái)作材料處理的工業(yè)激光主要是氣體激光器和晶體 激光器。對(duì)比體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難的 CO2 激光器、能量使用率偏低的 YAG （釔鋁石榴石晶體）激光器、激光質(zhì)量不高的直接半導(dǎo)體激光器，光纖激光器具有單 色性好、性能穩(wěn)定、耦合效率高、輸出波長(zhǎng)可調(diào)等多種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擁有加工能力強(qiáng)、 電光效率高、光束質(zhì)量好、使用方便靈活、材料適應(yīng)性好、適用場(chǎng)合廣泛、維護(hù)需求 小、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，因此廣泛應(yīng)用于雕刻、打標(biāo)、切割、鉆孔、熔覆、焊 接、表面處理、快速成形等材料加工領(lǐng)域，被譽(yù)為“第三代激光器”。光纖激光器按用途可以分為打標(biāo)、微材料加工、宏觀材料加工三大類。其中，微材料 加工包括了除打標(biāo)以外，所有輸出功率小于 1,000W 的激光器應(yīng)用；宏觀材料加工包 括了所有輸出功率大于等于 1,000W 的激光器應(yīng)用，主要為金屬切割和焊接。2013-2018 年，全球（工業(yè)）光纖激光器市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，從 2013 年的 8.41 億美元增加 至 2018 年的 28.9 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 24.8%。2018 年之后，市場(chǎng)趨于飽和，整 體市場(chǎng)基本穩(wěn)定在 26-28 億美元。隨著美國(guó) IPG 公司 2003 年在中國(guó)賣出第一臺(tái)調(diào) Q 脈沖光纖激光器開(kāi)始，商用的 脈沖光纖激光器在中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展正式拉開(kāi)帷幕。2004 年，基于南安普頓大學(xué)為 技術(shù)基礎(chǔ)的英國(guó) SPI 公司將 MOPA 可調(diào)脈寬光纖激光器以美國(guó)蘋果公司產(chǎn)品的應(yīng) 用為契機(jī)推入了中國(guó)市場(chǎng)。自此之后長(zhǎng)達(dá) 5 年時(shí)間里，中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)（調(diào) Q 光纖激光器與 MOPA 光纖激光器）被這兩家激光公司壟斷了近乎 90%以上的份 額。2008 年，武漢銳科推出了第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)商用調(diào) Q 脈沖光纖激光器, 率先打破了美國(guó) IPG 的壟斷格局。2009 年，銳科調(diào) Q 光纖激光器已經(jīng)開(kāi)始小批量供應(yīng)市場(chǎng)，并初 步獲得了市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)激光器的認(rèn)可。2009 年初，深圳杰普特首先推出國(guó)產(chǎn)商用 MOPA 脈沖光纖激光器，打破了英國(guó) SPI 的壟斷局面。緊接著，深圳創(chuàng)鑫也向市 場(chǎng)推出了商用調(diào) Q 脈沖光纖激光器產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，武漢銳科在中高功 率連續(xù)光纖激光器領(lǐng)域，銳科、杰普特、創(chuàng)鑫等公司在脈沖光纖激光器領(lǐng)域逐步 占據(jù)國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)份額，國(guó)產(chǎn)光纖激光器正在逐漸奪回中國(guó)市場(chǎng)。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)調(diào) Q 脈沖光纖激光器主要供應(yīng)商包括武漢銳科、深圳創(chuàng)鑫、深圳聯(lián)品、 中科光匯等；而深圳杰普特憑借 MOPA 脈沖光纖激光器的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步鞏 固了自己的 MOPA 光纖激光器的行業(yè)龍頭地位。甚至在中高功率連續(xù)光光纖激光 器這一國(guó)外產(chǎn)品傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，也已經(jīng)形成以武漢銳科為首的一批優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)品 牌：深圳創(chuàng)鑫、深圳杰普特、上海飛博、中科光匯、深圳聯(lián)品、海富光子等。中國(guó)作為全球光纖激光器的工業(yè)化應(yīng)用的最大市場(chǎng)，自 2018 年開(kāi)始，整體市場(chǎng)增速 也開(kāi)始下降?！?020 中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，近兩年我國(guó)光纖激光器市場(chǎng) 仍保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，2021 年中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模約為 108.6 億元，占全球（工業(yè)） 光纖激光器市場(chǎng)比例約 60%，同比增速約 15%。
在行業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大下，我國(guó)光纖激光器相關(guān)技術(shù)研發(fā)也不斷提速。目前在我國(guó)光 纖激光器市場(chǎng)中，行業(yè)龍頭技術(shù)持續(xù)突破，國(guó)產(chǎn)光纖激光器已經(jīng)形成突破的功率段， 技術(shù)水平已與國(guó)際接軌。具體來(lái)看，目前我國(guó)低功率光纖激光器技術(shù)逐漸成熟且成本 低，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化；中功率光纖激光器國(guó)產(chǎn)化率過(guò)半；高功率光纖激光 器將成為市場(chǎng)爭(zhēng)奪主戰(zhàn)場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展迅猛。數(shù)據(jù)顯示，截至到 2019 年，我國(guó)低功 率光纖激光器（多數(shù)為納秒脈沖的光纖激光器）國(guó)產(chǎn)化率已達(dá) 98.2%以上，中功率光 纖激光器國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)到 52.1%以上；高功率光纖激光器國(guó)產(chǎn)化率快速提升，已達(dá) 60%左右。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，前三甲依然是IPG、銳科激光、創(chuàng)鑫激光，而隨著國(guó)產(chǎn)品牌 的強(qiáng)勢(shì)崛起，IPG 的市場(chǎng)份額較 2019 年有了明顯下滑，雖仍為霸主但國(guó)內(nèi)廠商與其差 距正漸逐漸縮小。
國(guó)產(chǎn)低功率光纖激光器主要用于 3C 產(chǎn)品打標(biāo)、微雕等精細(xì)加工領(lǐng)域；國(guó)產(chǎn)中功率光纖激光器廣泛應(yīng)用于金屬薄板切割和焊接領(lǐng)域；國(guó)產(chǎn)千瓦級(jí)以上的高功率光纖激光器主要應(yīng)用于激光切割、打孔、焊接等領(lǐng)域。5. 激光芯片國(guó)產(chǎn)化率仍處于較低水平，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)入加速期目前，大功率半導(dǎo)體激光芯片主要是由西方發(fā)達(dá)國(guó)家的幾家公司所壟斷，如美國(guó)的 IIVI、lumentum、nLight、IPG、Coherent， 德 國(guó) 的 Dilas、Jenoptic、Osram 等 ， 其 中 nLight、IPG 自產(chǎn)芯片僅用于生產(chǎn)自身下游產(chǎn)品，不對(duì)外銷售。我國(guó)激光技術(shù)的起步雖然與國(guó)外基本同步，但是產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢，尤其在半導(dǎo)體激光 芯片制造等核心技術(shù)領(lǐng)域較國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家落后，因此造成了我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不均 衡，中低端工業(yè)激光器相對(duì)能夠自給自足，但是高端激光器則需要從國(guó)外進(jìn)口，而半 導(dǎo)體激光芯片作為工業(yè)激光器的核心器件，仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口。目前我國(guó)低、中、高功 率光纖激光器國(guó)產(chǎn)化都已超過(guò)半數(shù)，但其中的泵浦源-半導(dǎo)體激光芯片的國(guó)產(chǎn)化率仍處 于較低水平。我國(guó)激光芯片產(chǎn)業(yè)參與廠商主要有長(zhǎng)光華芯、華光光電、武漢銳晶、瑞 波光電、縱慧芯光（VCSEL）等，芯片封裝領(lǐng)域的代表公司有炬光科技、凱普林、星 漢激光等。根據(jù)長(zhǎng)光華芯的測(cè)算，2020 年全球激光芯片的市場(chǎng)規(guī)模約為 18.30 億元，我國(guó)國(guó)內(nèi)市 場(chǎng)激光芯片的市場(chǎng)規(guī)模約為 5.29 億元。同時(shí)長(zhǎng)光華芯預(yù)估自身高功率半導(dǎo)體激光芯片 （換算為芯片銷售額約 7,091 萬(wàn)元）在全球市場(chǎng)的占有率為 3.9%，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有 率為 13.4%（國(guó)內(nèi)份額第一），而銳晶在全球及國(guó)內(nèi)的份額則分別為 2.1%、7.4%。當(dāng) 前以長(zhǎng)光華芯、武漢銳晶、瑞波光電為代表的國(guó)產(chǎn)激光芯片廠商的產(chǎn)品在中高端芯片 市場(chǎng)已具備相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)實(shí)力，在以銳科、創(chuàng)鑫、飛博、大科、光惠等為代表的下游激 光器廠商技術(shù)水平不斷提升，我國(guó)激光芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入國(guó)產(chǎn)替代的加速期已成必然趨 勢(shì)。
根據(jù)《2021 年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2020 年全球激光器銷售額為 160.10 億美 元，2021 年全球激光器銷售總額有望繼續(xù)取得 15%左右的增長(zhǎng)，達(dá)到 184.80 億 美元，2020 年材料加工與光刻市場(chǎng)、通信與光存儲(chǔ)市場(chǎng)、科研與軍事市場(chǎng)、醫(yī)療 與美容市場(chǎng)、儀器與傳感器市場(chǎng)及娛樂(lè)、顯示與打印市場(chǎng)占比分別為 39.60%、 24.50%、13.80%、5.70%、12.60%及 3.80%，其中主要使用高功率半導(dǎo)體激光芯片 的市場(chǎng)為材料加工與光刻市場(chǎng)、科研與軍事市場(chǎng)、醫(yī)療與美容市場(chǎng)，合計(jì)占比為 59.10%，市場(chǎng)規(guī)模為 94.62 億美元，以 1：6.50 的匯率折算為 615.03 億元人民 幣。
根據(jù)國(guó)內(nèi)第一大激光器廠商銳科激光的銷售毛利率，激光器行業(yè)平均毛利率 為 30.00%，另根據(jù)《激光制造商情》（2020 年 08 月刊 130 期），泵浦源（光纖耦 合模塊）是激光器的核心器件之一，占光纖激光器成本比例高達(dá) 50%。因此按照 激光器行業(yè)平均 30.00%的毛利率以及泵浦源（光纖耦合模塊）占激光器 BOM 成 本的 50.00%測(cè)算，2020 年全球光纖耦合模塊的市場(chǎng)規(guī)模約為：615.03*（1-30%） *50%=215.26 億元，按照公司泵浦源（光纖耦合模塊）平均 15%的毛利率以及激 光芯片占泵浦源（光纖耦合模塊）BOM 成本的 10%測(cè)算，2020 年全球激光芯片 的市場(chǎng)規(guī)模約為：215.26*（1-15%）*10%=18.30 億元。根據(jù)《2021 年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2020 年我國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模為 94.20 億元，根據(jù) StrategiesUnlimited，2009 年至 2019 年，光纖激光器在工業(yè)激 光器中的市場(chǎng)份額由 14.00%迅速增加至 53.00%，因此工業(yè)激光器的整體市場(chǎng)規(guī) 模約為177.74億元。按照行業(yè)平均30.00%的毛利率以及泵浦源（光纖耦合模塊） 占激光器 BOM 成本的 50.00%測(cè)算，2020 年光纖耦合模塊的市場(chǎng)規(guī)模約為：177.74*（1-30.00%）*50.00%=62.21 億元，按照公司泵浦源（光纖耦合模塊）平 均 15%的毛利率以及激光芯片占光纖耦合模塊 BOM 成本的 10%測(cè)算，2020 年我 國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)激光芯片的市場(chǎng)規(guī)模約為：62.21*（1-15%）*10%=5.29 億元。公司是專業(yè)從事光纖器件設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品 應(yīng)用于光纖激光產(chǎn)業(yè)和光纖通信網(wǎng)絡(luò)，所處細(xì)分行業(yè)為光電子器件行業(yè)，處于光纖激 光和光通信產(chǎn)業(yè)鏈的上游。公司生產(chǎn)的光隔離器、偏振分束/合束器、耦合器、波分 復(fù)用器、鈮酸鋰調(diào)制器等多種光學(xué)器件，銷往 40 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，廣泛應(yīng)用于光纖 激光、光通訊、航空航天、傳感醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。
公司已掌握先進(jìn)的光纖器件設(shè)計(jì) 和封裝技術(shù)，鈮酸鋰調(diào)制器芯片制程和模塊封裝技術(shù)、高功率器件散熱技術(shù)、光纖器 件高可靠性技術(shù)、保偏器件對(duì)位技術(shù)、光纖端面處理技術(shù)等均處于國(guó)際先進(jìn)水平。光纖器件的技術(shù)含量高，其技術(shù)涉及到光學(xué)與光電子學(xué)、材料科學(xué)、信息與通信、機(jī) 械工程等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò) 多年積累，公司已掌握先進(jìn)的無(wú)源光纖器件設(shè)計(jì)、模擬和生產(chǎn)技術(shù)，其中高功率器件 消除熱透鏡技術(shù)、高功率光纖光柵刻寫技術(shù)，航天及海底高可靠性技術(shù)、保偏器件對(duì) 位技術(shù)、光纖及光學(xué)元器件端面處理技術(shù)、光纖金屬化技術(shù)、光纖透鏡技術(shù)、高精度 微光學(xué)連接技術(shù)等均處于國(guó)際先進(jìn)水平。
光纖激光器件行業(yè)：公司較早進(jìn)入光纖激光器件領(lǐng)域，積累了豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和大批 優(yōu)質(zhì)知名客戶，公司在產(chǎn)品類型、功率負(fù)載能力、可靠性、小型化和集成化等多個(gè)方 面引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展方向，在行業(yè)內(nèi)享有較高的品牌知名度。公司自主研發(fā)的多款應(yīng)用 于光纖激光的元器件，如自由空間準(zhǔn)直輸出光纖隔離器、應(yīng)用于 MOPA 激光器的在線 隔離器、連續(xù)光纖激光器的光纖光柵等核心光纖元器件市場(chǎng)占有率國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，隔離器 類產(chǎn)品市場(chǎng)占有率行業(yè)領(lǐng)先。公司自主研發(fā)的 10kW 合束器、3kW 光纖光柵、500W 隔 離器、10kW 激光輸出頭等多款產(chǎn)品達(dá)到全球先進(jìn)水平。在光通訊器件行業(yè)，公司光 通訊器件產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)備中，處于光通信產(chǎn)業(yè)鏈的上游。在 光通訊領(lǐng)域，公司憑借保偏光纖器件處理技術(shù)和高可靠性器件技術(shù)，在保偏光無(wú)源器 件領(lǐng)域保持相對(duì)領(lǐng)先地位。近年來(lái)，公司通過(guò)垂直整合、技術(shù)創(chuàng)新等方式，建立了從 原料光學(xué)冷加工、機(jī)械件加工、光學(xué)鍍膜、光纖金屬化到光無(wú)源器件和光無(wú)源模塊等 全方位的研發(fā)和生產(chǎn)體系。在數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域：公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于光學(xué)組件的先進(jìn)制造和封裝技術(shù)、高速光學(xué) 連接組件的設(shè)計(jì)能力和對(duì)定制產(chǎn)品批量生產(chǎn)的快速轉(zhuǎn)化能力。公司致力于研發(fā)生產(chǎn)高 端光纖連接產(chǎn)品、微光學(xué)連接產(chǎn)品、保偏光纖陣列和高密度光纖陣列，主要應(yīng)用于 40Gbps、100Gbps、400Gbps、800Gbps 等高速、超高速光模塊、相干通訊和 WSS 模塊 中，并成為多家大型數(shù)據(jù)通訊公司的核心供應(yīng)商。鈮酸鋰調(diào)制器及光子集成行業(yè)：在光學(xué)芯片領(lǐng)域，公司生產(chǎn)的 400/600Gbps 鈮酸鋰相 干調(diào)制器、20/40GHz 模擬調(diào)制器、有線電視用雙輸出模擬調(diào)制器、10Gbps 零啁啾強(qiáng) 度調(diào)制器等，廣泛用于超高速干線光通信網(wǎng)、海底光通信網(wǎng)、城域核心網(wǎng)、CATV 網(wǎng) 絡(luò)、測(cè)試及科研等領(lǐng)域，是目前在超高速調(diào)制器芯片和模塊產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；I(lǐng)先的三 家公司之一。未來(lái)公司將充分利用鈮酸鋰系列高速光調(diào)制器芯片及器件在通訊、數(shù)據(jù) 中心、傳感等領(lǐng)域的市場(chǎng)機(jī)遇和技術(shù)領(lǐng)先能力，憑借公司在技術(shù)開(kāi)發(fā)、質(zhì)量管控、市 場(chǎng)開(kāi)拓、成本管控等方面的優(yōu)勢(shì)，拓展并引領(lǐng)鈮酸鋰系列高速光調(diào)制器芯片及器件產(chǎn) 品市場(chǎng)，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模并豐富產(chǎn)品線，開(kāi)發(fā)研制薄膜鈮酸鋰等下一代調(diào)制器技術(shù)及相 關(guān)光子集成產(chǎn)品。
公司主要從事非線性光學(xué)晶體、激光晶體、精密光學(xué)元件和激光器件的研發(fā)、生產(chǎn)和 銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于激光、光通訊等工業(yè)領(lǐng)域。公司產(chǎn)品涵蓋晶體元器件、精密光 學(xué)元件和激光器件三大類，其中晶體元器件產(chǎn)品包括非線性光學(xué)晶體、激光晶體、磁 光晶體、雙折射晶體、聲光和電光晶體、閃爍晶體等多種功能晶體；精密光學(xué)元件產(chǎn) 品包括窗口片、反射鏡、棱鏡、偏振器、柱面鏡、球面透鏡、非球面透鏡、波片、分 光鏡、衍射光柵及其他特色光學(xué)元件等；激光器件產(chǎn)品主要包括磁光器件、聲光器 件、電光器件、驅(qū)動(dòng)器、光纖傳輸系統(tǒng)、光開(kāi)關(guān)、光學(xué)鏡頭等。公司產(chǎn)品主要用于固 體激光器、光纖激光器的制造，是前述激光器系統(tǒng)的核心元器件，部分精密光學(xué)元件 應(yīng)用于光通訊、AR、激光雷達(dá)、半導(dǎo)體設(shè)備和科研等領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)三十余年的發(fā)展，公司在晶體生長(zhǎng)、光學(xué)加工、器件合成、市場(chǎng)營(yíng)銷、技術(shù)服 務(wù)、業(yè)務(wù)管理等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了晶體、精密光學(xué)和激光器件產(chǎn)品完善 的加工鏈和供貨能力。產(chǎn)品已被相干、光譜物理、通快、IPG、大族激光、英諾激 光、英谷激光、華日激光、銳科激光、創(chuàng)鑫激光、杰普特等國(guó)內(nèi)外知名激光器公司廣 泛采用。公司與客戶建立了良好的合作關(guān)系，在客戶中享有良好的聲譽(yù)，并樹(shù)立了良 好的品牌形象。公司品牌“CASTECH”已在全球激光界樹(shù)立了高技術(shù)、高品質(zhì)、優(yōu)服務(wù) 的市場(chǎng)形象，核心晶體產(chǎn)品被國(guó)際業(yè)界譽(yù)為“中國(guó)牌”晶體。晶體核心產(chǎn)品處于行業(yè)領(lǐng) 先地位，其中 LBO、BBO 全球市場(chǎng)占有率第一；精密光學(xué)產(chǎn)品業(yè)務(wù)規(guī)模穩(wěn)步提升；自 主研發(fā)的聲光器件、磁光器件等器件產(chǎn)品獲得紫外激光器、光纖激光器、超快激光器 及光通訊客戶的認(rèn)可并實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，部分器件產(chǎn)品打破國(guó)外廠商壟斷局面并實(shí)現(xiàn)國(guó) 產(chǎn)替代。隨著產(chǎn)品體系的豐富和完善，公司綜合競(jìng)爭(zhēng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，成為業(yè)內(nèi)少數(shù) 能夠?yàn)榧す饪蛻籼峁熬w+光學(xué)元件+激光器件”一站式綜合服務(wù)的供應(yīng)商。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）隨著激光技術(shù)的日益成熟和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快，激光技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，在高端 制造領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用。國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠商取 得良好的業(yè)績(jī)，公司主要客戶 2021 年度訂單和發(fā)貨量均實(shí)現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng)。相關(guān) 上市公司披露的 2021 年度報(bào)告顯示，大族激光、華工科技、銳科激光、杰普特、光 庫(kù)科技 2021 年度營(yíng)業(yè)收入分別比上年增長(zhǎng) 36.76%、65.65%、47.18%、40.50%、 35.84%。激光器和激光裝備市場(chǎng)需求旺盛，從而帶動(dòng)了晶體、精密光學(xué)元件、激光器 件等產(chǎn)品的業(yè)務(wù)需求。
3）騰景科技：掌握光學(xué)鍍膜、平面光學(xué)、模壓非球面、光纖器件四大核心技術(shù)
公司主要面向光通信、光纖激光等領(lǐng)域提供精密光學(xué)元件、光纖器件產(chǎn)品。公司建立 了光學(xué)薄膜類技術(shù)、精密光學(xué)類技術(shù)、模壓玻璃非球面類技術(shù)、光纖器件類技術(shù)等四 大類核心技術(shù)，涵蓋了光電子元器件制造的主要環(huán)節(jié)，涉及光電子元器件鍍膜、光學(xué) 元件精密加工、模壓玻璃非球面透鏡、光纖器件制造等關(guān)鍵技術(shù)。光學(xué)元件產(chǎn)品主要 包括平面光學(xué)元件、球面光學(xué)元件、模壓玻璃非球面透鏡等；光纖器件產(chǎn)品主要包括 鍍膜光纖器件、準(zhǔn)直器、聲光器件等。在光通信領(lǐng)域，公司的精密光學(xué)元件、光纖器件應(yīng)用于光收發(fā)模塊、動(dòng)態(tài)可調(diào)模塊 （如 WSS 模塊）等各類光模塊與子系統(tǒng)，終端應(yīng)用于電信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等信息網(wǎng)絡(luò) 設(shè)施，助力光通信系統(tǒng)向更高傳輸速率和帶寬容量發(fā)展，支撐 4G/5G 等通信技術(shù)和大 型數(shù)據(jù)中心的迭代升級(jí)。例如，光收發(fā)模塊（光模塊的一種）中，其主要構(gòu)成包括濾 光片、偏振分束器（PBS）、消偏振分束器 NPBS）、棱鏡、透鏡、非球面透鏡等各類光 學(xué)元件，以及環(huán)行器、準(zhǔn)直器、合波分波組件、光復(fù)用器等光纖器件。光電子元器件 的指標(biāo)水平和可靠性決定了光模塊、光設(shè)備的光學(xué)性能和可靠性，因此光學(xué)元件、光 纖器件構(gòu)成了光通信產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性支撐。公司已與 Lumentum、Finisar、華為等全球主 要的光模塊廠商建立了合作關(guān)系。在光纖激光領(lǐng)域，公司生產(chǎn)的精密光學(xué)元件以及鍍膜光纖線、準(zhǔn)直器、聲光器件等光 纖器件產(chǎn)品，已應(yīng)用于光纖激光器的量產(chǎn)。公司產(chǎn)品具有較高的激光損傷閾值，是高 功率光纖激光器的關(guān)鍵元器件，助力高功率激光器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。公司已與銳科激 光、nLight 等國(guó)內(nèi)外主要的工業(yè)激光器廠商建立了合作關(guān)系。在激光雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域方面，公司表示：“目前業(yè)務(wù)拓展正在穩(wěn)步推進(jìn)中，一方面是產(chǎn) 品驗(yàn)證正在進(jìn)行中，另一方面是客戶驗(yàn)廠也正在推進(jìn)中。因?yàn)轵?yàn)證的產(chǎn)品種類多，各 類產(chǎn)品的驗(yàn)證進(jìn)度會(huì)有差異，進(jìn)度快的產(chǎn)品會(huì)優(yōu)先推進(jìn)量產(chǎn)工作，目前尚無(wú)明確的量 產(chǎn)時(shí)間?！?在 AR 應(yīng)用領(lǐng)域方面，公司表示：“除了在光機(jī)部分給客戶提供精密光學(xué)元件產(chǎn)品外， 公司的幾何光波導(dǎo)技術(shù)方面的大視場(chǎng)角二維波導(dǎo)片正在客戶送樣驗(yàn)證中，已取得積極 進(jìn)展；在衍射光波導(dǎo)技術(shù)方面，相關(guān)的研發(fā)工作也正在推進(jìn)中。量產(chǎn)的時(shí)間取決于客 戶及下游終端需求增長(zhǎng)情況，公司正不斷加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)、工藝改進(jìn)，持續(xù)完善和豐富 在 AR 領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)品矩陣，為后續(xù)的業(yè)務(wù)拓展做好準(zhǔn)備?！?/section>
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