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　　光通信行业概况

　　随着全球信息互联网规模的不断扩大，高速光通信芯片网络、纯电子信息计算和传输能力的提高遇到瓶颈，光电信息技术正在崛起。在传统的通信传输领域，早期通过电缆进行信号传输，但电力传输损耗大，中继距离短，承载信息量小，信号频率有限，光作为媒体具有容量大、成本低的优点，商业传输领域逐渐被光通信系统所取代。随着技术的发展和完善，光电信息技术的应用逐渐扩展到医疗、消费电子、汽车等新兴领域，为行业的发展提供了增长空间。

　　光通信是以光信号为信息载体，以光纤为传输介质，通过电光转换和光信号传输信息的系统。在光通信系统传输信号的过程中，发射器通过激光芯片转换电光，将电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收器，接收器通过探测器芯片转换光电，将光信号转换为电信号。

　　高速光芯片是当代高速通信网络的核心之一。光芯片是实现光电信号转换的基本元件，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。光纤接入，4G/5G在移动通信网络和数据中心等网络系统中，光芯片是决定信息传输速率和网络可靠性的关键。光芯片可进一步组装加工成光电子设备，然后集成到光通信设备的收发模块中，实现广泛应用。光芯片在光通信系统中的应用如下：

　　(1)光芯片属于半导体领域， 位于光通信产业链上游，是现代光通信器件核心元件

　　光通信等应用领域中， 激光器芯片和探测器芯片合称为光芯片。光芯片是光电子器件的重要组成部分，是半导体的重要分类，其技术代表着现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，其发展对光电子产业及电子信息产业具有重大影响。光芯片之于半导体的关系示意图如下：

　　从产业链角度看，光芯片与其他基础构件(电芯片、结构件、辅料等)构成光通信产业上游，产业中游为光器件，包括光组件与光模块，产业下游组装成系统设备，最终应用于电信市场，如光纤接入、 4G/5G 移动通信网络，云计算、互联网厂商数据中心等领域。

　　光通信产业链示意图如下：

　　光通信产业链中， 组件可分为光无源组件和光有源组件。

　　光无源组件在系统中消耗一定能量，实现光信号的传导、分流、阻挡、过滤等“交通” 功能，主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背板等;光有源组件在系统中将光电信号相互转换，实现信号传输的功能，主要包括光发射组件、光接收组件、光调制器等。

　　光芯片加工封装为光发射组件(TOSA)及光接收组件(ROSA)，再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。

　　(2)光芯片的基本类型

　　①功能分类

　　光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。

　　激光器芯片，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括VCSEL 芯片，边发射芯片包括 FP、 DFB 和 EML 芯片;

　　探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。

　　具体情况如下：

　　A、 激光器芯片

　　激光器芯片主要有VCSEL、FP、DFB和EML，具体特点如下：

　　B、 探测器芯片

　　探测器芯片主要有 PIN 和 APD，具体特点如下所示：

　　②原材料分类

　　光芯片企业通常采用三五族化合物磷化铟( InP)和砷化镓( GaAs)作为芯片的衬底料，相关材料具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，符合高频通信的特点，因而在光通信芯片领域得到重要应用。

　　其中，磷化铟(InP)衬底用于制作 FP、 DFB、 EML 边发射激光器芯片和 PIN、 APD探测器芯片，主要应用于电信、数据中心等中长距离传输;砷化镓( GaAs)衬底用于制作 VCSEL 面发射激光器芯片， 主要应用于数据中心短距离传输、 3D感测等领域。

　　(3)光芯片的发展概况

　　光通信指的是以光纤为载体传输光信号的大容量数据传输方式，通过光芯片和传输介质实现对光的控制。20 世纪 60 年代，激光器芯片技术和低损耗光纤技术出现，激光器芯片材料和结构不断发展，逐步实现对激光运行波长、色散问题、光谱展宽等的控制。

　　经过结构设计、组件集成和生产工艺的改进，目前 EML 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 100G， DFB 和 VCSEL 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 50G。在不断满足高带宽、高速率要求的同时，光芯片的应用逐渐从光通信拓展至包括医疗、消费电子和车载激光雷达等更广阔的应用领域。

　　2、光芯片行业的现状

　　(1)光芯片行业国外起步较早技术领先，国内政策扶持推动产业发展

　　①欧美日国家光芯片行业起步较早、技术领先

　　光芯片主要使用光电子技术，海外在近代光电子技术起步较早、积累较多，欧美日等发达国家陆续将光子集成产业列入国家发展战略规划，其中，美国建立“国家光子集成制造创新研究所”，打造光子集成器件研发制备平台;欧盟实施“地平线 2020” 计划，集中部署光电子集成研究项目;日本实施“先端研究开发计划”，部署光电子融合系统技术开发项目。海外光芯片公司拥有先发优势，通过积累核心技术及生产工艺，逐步实现产业闭环，建立起较高的行业壁垒。

　　海外光芯片公司普遍具有从光芯片、光收发组件、光模块全产业链覆盖能力。除了衬底需要对外采购，海外领先光芯片企业可自行完成芯片设计、 晶圆外延等关键工序，可量产 25G 及以上速率光芯片。此外，海外领先光芯片企业在高端通信激光器领域已经广泛布局，在可调谐激光器、超窄线宽激光器、大功率激光器等领域也已有深厚积累。

　　②国内光芯片以国产替代为目标，政策支持促进产业发展

　　国内的光芯片生产商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力，而光芯片核心的外延技术并不成熟，高端的外延片需向国际外延厂进行采购，限制了高端光芯片的发展。以激光器芯片为例，我国能够规模量产 10G 及以下中低速率激光器芯片，但 25G 激光器芯片仅少部分厂商实现批量发货， 25G 以上速率激光器芯片大部分厂商仍在研发或小规模试产阶段。

　　整体来看高速率光芯片严重依赖进口，与国外产业领先水平存在一定差距。我国政府在光电子技术产业进行重点政策布局， 2017 年中国电子元件行业协会发布《中国光电子器件产业技术发展路线图( 2018-2022 年)》，明确 2022年 25G 及以上速率 DFB 激光器芯片国产化率超过 60%，实现高端光芯片逐步国产替代的目标。国务院印发“十三五” 国家战略性新兴产业发展规划，要求做强信息技术核心产业，推动光通信器件的保障能力。