蕞達(dá) | 2024年有源光器件行業(yè)分析

有源光器件概述定義與原理有源光器件（Active Optical Devices）是指在光通信系統(tǒng)中需要外部能量輸入來實現(xiàn)光信號的放大、調(diào)制和轉(zhuǎn)換等功能的光學(xué)器件。它們通過使用電力或其他能量源來激勵光信號，并對其進(jìn)行處理和控制，以滿足不同應(yīng)用需求。這類器件是光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)將電信號轉(zhuǎn)換成光信號或?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換成電信號。

1.工作原理

有源光器件的工作依賴于光電效應(yīng)或發(fā)光機(jī)制。例如，在半導(dǎo)體激光器（LD）中，當(dāng)電流流過pn結(jié)時，電子和空穴復(fù)合并釋放出光子；而在光電二極管（PD）中，則是相反的過程——入射光子被吸收后產(chǎn)生電子-空穴對，進(jìn)而形成電流。

2.主要類型及其功能

（1）光源器件

半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）：用于短距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸，如局域網(wǎng)（LAN）。其特點是成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單。

激光二極管（LD）：適用于長距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，包括單模光纖通信系統(tǒng)。它具有更高的輸出功率和更好的相干性。 

分布反饋激光器（DFB-LD）：用于精確波長選擇的應(yīng)用場景。

垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）：廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接，因其可以陣列化生產(chǎn)和較低功耗而受到青睞。

（2）光探測器

PIN光電二極管：由p型、本征（i）、n型三層組成的光電二極管，適合高靈敏度接收。

雪崩光電二極管（APD）：通過雪崩倍增效應(yīng)提高靈敏度，常用于長距離通信中的弱信號檢測。

（3）光放大器

摻鉺光纖放大器（EDFA）：基于稀土元素鉺離子摻雜的光纖，能夠在1550nm波段提供高效的光放大作用，是長途通信干線的核心組件之一。

半導(dǎo)體光放大器（SOA）：集成度高，體積小，易于與其他有源/無源器件共同封裝，適用于城域網(wǎng)及接入網(wǎng)等場合。

（4）調(diào)制器

電吸收調(diào)制器（EAM）：直接改變激光器的閾值電壓來進(jìn)行調(diào)制，結(jié)構(gòu)緊湊且效率較高。

馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）：利用電光效應(yīng)來調(diào)制光波相位，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

（5）其他有源器件

光開關(guān)：用于動態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)路徑選擇和保護(hù)切換等功能。

可變光衰減器（VOA）：用于調(diào)節(jié)光鏈路中的光強(qiáng)度，確保信號質(zhì)量一致。

3.技術(shù)創(chuàng)新

（1）LTPO背板技術(shù)集成：低溫多晶氧化物（LTPO）技術(shù)可以降低功耗并支持動態(tài)刷新率調(diào)整，成為高端光通信設(shè)備的重要發(fā)展方向。

（2）量子點技術(shù)：結(jié)合量子點材料來增強(qiáng)光信號的顏色純度和發(fā)光效率，實現(xiàn)更廣的色域和更高的色彩飽和度。

（3）硅光子學(xué)（Silicon Photonics）：利用成熟的CMOS工藝制造光電器件，具有低成本、高集成度的優(yōu)勢，正在逐步改變傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)的架構(gòu)。

（4）相干通信技術(shù)：通過采用先進(jìn)的調(diào)制格式和數(shù)字信號處理算法，相干接收機(jī)能夠在單模光纖上傳輸更多的信息量，極大地提高了頻譜利用率。

4.技術(shù)優(yōu)勢

（1）高效能：能夠有效地將電信號轉(zhuǎn)化為光信號或者反之亦然，保證了信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?/p>

（2）長壽命：采用無機(jī)材料制成的有源光器件通常具有較長的工作壽命，減少了維護(hù)成本。

（3）靈活性：支持多種類型的信號處理，如調(diào)制、解調(diào)、放大等，適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和技術(shù)要求。

（4）小型化與集成化：隨著微納制造技術(shù)的發(fā)展，有源光器件越來越趨向于小型化和高度集成化，便于構(gòu)建緊湊型光通信設(shè)備。

5.應(yīng)用領(lǐng)域

（1）電信與數(shù)據(jù)通信：構(gòu)成現(xiàn)代光纖通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，從本地接入到跨洋海纜，都有廣泛應(yīng)用。

（2）傳感與測量：用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，如氣體傳感器、溫度傳感器等。

（3）軍事與航天：由于其抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點，在國防安全和太空探索等方面也有重要應(yīng)用。

（4）消費電子產(chǎn)品：如智能手機(jī)攝像頭中的自動對焦模塊、虛擬現(xiàn)實（VR）頭盔內(nèi)的顯示驅(qū)動等。

截至2024年，有源光器件（Active Optical Devices）作為光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了從原材料供應(yīng)到最終產(chǎn)品制造的多個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)都對有源光器件產(chǎn)品的性能、成本和市場競爭力有著重要影響。

1. 上游：材料與設(shè)備供應(yīng)商材料供應(yīng)商

（1）材料

光芯片：這是有源光器件的核心組件之一，主要包括激光器芯片、探測器芯片等。主要由Finisar、Lumentum、住友電工等國際企業(yè)以及中國的長飛光纖光纜股份有限公司、武漢烽火科技集團(tuán)等提供。

電芯片：用于驅(qū)動和控制光芯片的工作狀態(tài)，如高速驅(qū)動電路、調(diào)制器驅(qū)動芯片等。德州儀器（TI）、亞德諾半導(dǎo)體（Analog Devices）等是重要的電芯片供應(yīng)商。

封裝材料：包括陶瓷基板、金屬外殼、光學(xué)透鏡等，這些材料對于保護(hù)內(nèi)部元件并確保良好的熱傳導(dǎo)至關(guān)重要。京瓷（Kyocera）、TDK等公司是這類材料的主要提供商。

（2）設(shè)備制造商

外延生長設(shè)備：如MOCVD（金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）設(shè)備，AIXTRON和Veeco是該領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。

測試與測量設(shè)備：確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工具，包括光譜分析儀、功率計等。安捷倫科技（Keysight Technologies）、是德科技（Tektronix）等公司在這一領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。

2. 中游

有源光器件制造商中游環(huán)節(jié)主要包括各種有源光器件的設(shè)計、制造和組裝，這涉及到一系列復(fù)雜的工藝和技術(shù)。

（1）光源器件制造商

激光二極管（LD）：Lumentum、II-VI Incorporated等企業(yè)專注于高性能激光器的研發(fā)與生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、5G網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。

垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）：Avago Technologies、VIAVI Solutions等公司在VCSEL技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，特別是在消費電子和數(shù)據(jù)通信市場的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

（2）光探測器制造商

PIN光電二極管：濱松光子學(xué)（Hamamatsu Photonics）等廠商提供了高靈敏度的PIN光電二極管，適用于短距離通信和傳感應(yīng)用。

雪崩光電二極管（APD）：濱松光子學(xué)、Excelitas Technologies等企業(yè)在APD領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的市場份額，主要用于長距離通信中的弱信號檢測。

（3）光放大器制造商

摻鉺光纖放大器（EDFA）：Fiberhome、華為海思等中國企業(yè)在全球范圍內(nèi)提供了大量優(yōu)質(zhì)的EDFA產(chǎn)品，支持長途通信干線的需求。

半導(dǎo)體光放大器（SOA）：Infinera Corporation、Ciena Corporation等公司致力于SOA的研究與發(fā)展，以滿足城域網(wǎng)及接入網(wǎng)的應(yīng)用需求。

（4）調(diào)制器制造商

馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）：NeoPhotonics Corporation等企業(yè)專注于MZM的設(shè)計與制造，為高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)提供解決方案。

電吸收調(diào)制器（EAM）：Finisar、Oclaro（已被Lumentum收購）等公司在EAM技術(shù)方面表現(xiàn)突出，實現(xiàn)了緊湊高效的調(diào)制功能。

（5）其他有源器件制造商

光開關(guān)：Calient Networks等公司開發(fā)了基于MEMS或液晶技術(shù)的光開關(guān)，用于動態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

可變光衰減器（VOA）：Optical Cable Corporation等企業(yè)提供的VOA產(chǎn)品能夠調(diào)節(jié)光鏈路中的光強(qiáng)度，確保信號質(zhì)量一致。

3. 下游

終端應(yīng)用廠商下游環(huán)節(jié)涉及各種電信、數(shù)據(jù)通信及其他專業(yè)顯示設(shè)備的制造商，它們將有源光器件整合到最終產(chǎn)品中，推向市場。

（1）電信運(yùn)營商：如AT&T、Verizon、中國電信、中國移動等，這些公司構(gòu)建并維護(hù)著龐大的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，依賴于高質(zhì)量的有源光器件來保證高效的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商：包括亞馬遜AWS、微軟Azure、阿里巴巴云等，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接需要大量的有源光器件，特別是高速率、低功耗的產(chǎn)品。

（3）消費電子產(chǎn)品制造商：蘋果、三星、華為等品牌在智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)品中集成了多種類型的有源光器件，如攝像頭自動對焦模塊、面部識別傳感器等。

（4）汽車制造商：隨著自動駕駛技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，汽車行業(yè)對激光雷達(dá)（LiDAR）、紅外攝像頭等有源光器件的需求也在不斷增加。

（5）醫(yī)療設(shè)備制造商：如GE Healthcare、Philips Healthcare等，在醫(yī)學(xué)成像、診斷治療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了有源光器件。

 1.有源光器件市場分析

截至2024年，有源光器件（Active Optical Devices）市場在全球范圍內(nèi)展現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長勢頭。隨著5G網(wǎng)絡(luò)部署、數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備普及等因素的推動，對高速率、低功耗且可靠的光通信解決方案的需求日益增加。

1. 市場規(guī)模與增長趨勢

1.全球市場規(guī)模

根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，2023年中國光有源器件市場規(guī)模約為394.48億元人民幣，同比增長顯著。預(yù)計未來幾年內(nèi)，全球有源光器件市場將繼續(xù)保持兩位數(shù)的增長率，到2028年可能達(dá)到數(shù)百億美元規(guī)模。

2.中國市場規(guī)模

中國在有源光器件領(lǐng)域的投入和發(fā)展速度非常快，已經(jīng)成為全球最大的生產(chǎn)和消費國之一。國內(nèi)廠商如天孚通信、銳科激光、德龍激光、光韻達(dá)、光迅科技、德科立等，在技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)能力上取得了長足的進(jìn)步，并贏得了顯著的市場份額。

2.市場需求

（1）電信與數(shù)據(jù)通信

這是有源光器件最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，包括長途傳輸、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)等。隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)需求的增長，對高性能激光器、探測器、調(diào)制器及光放大器的需求也相應(yīng)增加。

（2）消費電子產(chǎn)品

智能手機(jī)和平板電腦中的攝像頭自動對焦模塊、面部識別傳感器等組件廣泛應(yīng)用了VCSEL技術(shù)和PIN光電二極管。此外，虛擬現(xiàn)實（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）設(shè)備也開始采用更多類型的有源光器件來提升用戶體驗。

（3）汽車電子

自動駕駛技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展促進(jìn)了激光雷達(dá)（LiDAR）、紅外攝像頭等傳感類有源光器件的應(yīng)用。這些器件對于環(huán)境感知和安全駕駛至關(guān)重要。

（4）醫(yī)療設(shè)備

醫(yī)學(xué)成像、診斷治療等領(lǐng)域依賴于高精度的光探測器和其他類型的有源光器件，以實現(xiàn)更準(zhǔn)確的檢測和更好的治療效果。

3.有源光器件發(fā)展趨勢