2022年鈮酸鋰調(diào)制器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析

1、2022年鈮酸鋰調(diào)制器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析1、 流量爆發(fā)式增長提升鈮酸鋰調(diào)制器傳輸距離和容量要求，鈮酸鋰方案優(yōu)勢明顯在光網(wǎng)絡傳輸中，電光調(diào)制器是必不可少的器件。電光調(diào)制器的主要作用是將輸入電信號調(diào) 制加載到輸出光信號上，而實現(xiàn)這一作用的核心原理是電光效應，即當把電壓加到電光晶體上時， 電光晶體的折射率將發(fā)生變化，結果引起通過該晶體的光波特性的變化，從而實現(xiàn)對光信號的相 位、幅度、強度以及偏振狀態(tài)的調(diào)制。從電光調(diào)制器制備的角度，當前主要有三大技術方案，鈮酸鋰性能優(yōu)勢明顯，能夠充分滿足 傳輸距離長、容量大的需求。根據(jù)材料不同，分為硅基方案、磷化銦（InP）方案和鈮酸鋰（LiNbO3） 方案三種。

2、比較來看，鈮酸鋰方案具有高帶寬、低插損、高可靠性、較高消光比、工藝成熟等優(yōu) 點，是高速器件中佼佼者，能夠充分滿足傳輸距離長（100 公里以上）、容量大（100G 以上）的 需求，當前其在 100G/400G 相干光通訊網(wǎng)絡中已經(jīng)有非常廣泛的應用。而受材料性質(zhì)所限，例如， 硅基方案中的插入損耗高、存在溫漂等問題，因而主要應用在短距離。類似地，磷化銦方案主要 是通過犧牲一定的參數(shù)從而在中短距離傳輸中替代鈮酸鋰。從應用角度，在流量爆發(fā)式增長提升傳輸距離和容量要求的大背景下，相干光傳輸技術開始 從骨干網(wǎng)下沉，廣泛應用于相干光通信領域的鈮酸鋰調(diào)制器有望迎來較大的發(fā)展機遇。諸多因素 共同推動了流量爆發(fā)式增

3、長，當前，公有云的快速發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速企業(yè)上云，高清視頻、 直播等大流量場景為流量的高速增長提供了確定性。未來，隨著 5G 與 AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人 工智能等技術深度融合，將觸發(fā)更多 To B 端和 To C 端的新型應用場景，從而進一步打開流量長 期增長的空間。流量爆發(fā)式增長對數(shù)據(jù)傳輸提出了更高要求，推動了相干光傳輸技術的技術迭代 與應用領域拓展，在傳統(tǒng)通信領域，相干技術從過去的骨干網(wǎng)（1000km）下沉到城域網(wǎng) （1001000km）甚至邊緣接入網(wǎng)（100km），數(shù)據(jù)中心領域，相干技術已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的 主流方案（80120km）。技術下沉為相干光調(diào)制器帶來了重要的發(fā)展機遇。圖

4、：中國戶均移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量從當前傳統(tǒng)體材料鈮酸鋰方案的行業(yè)格局來看，整體呈現(xiàn)寡頭壟斷的態(tài)勢。鈮酸鋰系列高速 調(diào)制器芯片及器件產(chǎn)品設計難度大，工藝較為復雜，有著很高的技術門檻。因而目前全球范圍內(nèi) 僅有三家主要供應商可以批量供貨達到電信級標準的鈮酸鋰調(diào)制器，除光庫科技（2019 年收購 Lumentum 的鈮酸鋰高速率調(diào)制器生產(chǎn)線）以外，另外兩家分別為日本的富士通（Fujitsu）和住友 （Sumitomo），兩家的產(chǎn)能較為穩(wěn)定，鈮酸鋰業(yè)務的營收占比很小，其他廠商因工藝限制而沒有 能滿足電信傳輸要求的產(chǎn)品。2 、薄膜鈮酸鋰將進一步發(fā)揮體材料鈮酸鋰的優(yōu)勢，未來有望成為鈮酸鋰技術路線的發(fā)展方向當前，

5、在商用領域應用成熟的鈮酸鋰調(diào)制器為傳統(tǒng)的體材料鈮酸鋰調(diào)制器，雖然相較之硅基 調(diào)方案和磷化銦方案具有性能優(yōu)勢，但其也存在一定的不足。1）首先，性能提升空間來看，受 限于鈮酸鋰材料中的自由載流子效應，傳統(tǒng)鈮酸鋰基電光調(diào)制器的信號質(zhì)量、帶寬、半波電壓、 插入損耗等關鍵性能參數(shù)的提升逐漸遭遇瓶頸，并且與 CMOS 工藝不兼容；2）其次，尺寸問題， 在要求端口密度越來越大的情況下，需要光器件的尺寸變得越來越小。對于傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器來 說，很難在不增加調(diào)制器臂長度的情況下減小調(diào)制電壓，因而這一矛盾限制了鈮酸鋰在更小及更 高要求的下一代 100G 以上網(wǎng)絡中的應用；3）然后，成本及價格問題，鈮酸鋰調(diào)制器價格

6、書數(shù)倍 于磷化銦調(diào)制器，因而給了磷化銦調(diào)制器在中等傳輸距離場景下的替換空間。在這樣的背景下，新型薄膜鈮酸鋰調(diào)制器成為了業(yè)內(nèi)的聚焦點，較之傳統(tǒng)體積較大的體材料鈮酸鋰調(diào)制器，其不僅充分繼承了體材料鈮酸鋰的優(yōu)勢，同時還在在多方面提供了顯著改善。一 方面，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器在性能和性價比上得到新的提升，既保留了鈮酸鋰調(diào)制器原有的優(yōu)越光 學性能，又使帶寬獲得突破，并且其尺寸顯著變小，解決了體材料鈮酸鋰體積較大難以集成的問 題，可以實現(xiàn)高度集成。同時尺寸的減小也使得將單位面板傳輸密度大大提高，成本方面收獲了 可觀的下行空間。從產(chǎn)品所處的發(fā)展階段來看，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器在業(yè)內(nèi)整體仍處于研發(fā)階段，還未進入大規(guī) 模

7、量產(chǎn)期。前期具有一定里程碑意義的研究工作是 2018 年哈佛大學及諾基亞-貝爾實驗室的科學 家聯(lián)合研制出集成鈮酸鋰電光調(diào)制器，其長度僅 1-2cm，表面積較之傳統(tǒng)小了約 100 倍，而數(shù)據(jù) 傳輸速度大大提高，帶寬由 35 GHz 提升至 100 GHz，且具有耗電低、光損耗極低的優(yōu)點。從產(chǎn) 業(yè)化應用的角度，全球范圍內(nèi)薄膜鈮酸鋰還未開啟大規(guī)模量產(chǎn)，一些廠家當前處于調(diào)整參數(shù)的測 試階段。2021 年 10 月 22 日，富士通官網(wǎng)發(fā)文稱其通過技術手段改善了薄膜鈮酸鋰中常見的直流 偏置點漂移問題（bias voltage DC drift），在全球首先實現(xiàn)了 200GBaud 薄膜鈮酸鋰調(diào)制器商用化

8、， 并將在 2022 年 4 月開始送樣，即包含該薄膜鈮酸鋰的 128GBaud HB-CDM（(高帶寬相干驅(qū)動調(diào) 制器）。3、 受益于相干光傳輸技術應用場景的不斷下沉與拓展，薄膜鈮酸鋰有望收獲廣闊市場空間我們預計，到 2024 年，受益于相干光傳輸技術應用場景下沉與拓展，薄膜鈮酸鋰所獲得的 市場空間有望達 100 億元人民幣。根據(jù) Cignal AI 預測，隨著高速相干光傳輸技術不斷從長途/干 線等長距離的應用場景下沉到區(qū)域/數(shù)據(jù)中心等中短距離的應用場景，用于高速相干光通信的數(shù)字 光調(diào)制器需求將持續(xù)增長，2024 年全球高速相干可插拔光器件出貨量將達到 200 萬端口。若假設 用于其中的調(diào)制

9、器單價未來降至 5000 元人民幣，則市場空間將達 100 億元人民幣。而若其他非 通信領域的需求加速放量，則兩相疊加，市場空間有望進一步擴大。圖：全球高速相干可插拔光器件器的出貨量4、 鈮酸鋰調(diào)制器國產(chǎn)化替代大趨勢，國內(nèi)廠商迎來發(fā)展機遇除了擁有廣闊的市場空間外，未來該領域的國產(chǎn)化替代需求也較為強烈。國家戰(zhàn)略角度：從光通信領域來看，盡管近年來國內(nèi)廠商在無源芯片與器件領域已經(jīng)占 據(jù)一定份額，有源器件封裝技術也有顯著進步，與國外企業(yè)的技術差距逐步縮小，但整體上來看，目前我國光通信高端核心芯片 90%以上需要進口，光子集成芯片仍是發(fā)展最 為薄弱的環(huán)節(jié)，成為制約我國光器件和模塊發(fā)展的瓶頸。2017 年

10、 12 月，中國電子元件 行業(yè)協(xié)會發(fā)布了中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展路線圖（2018-2022 年）。針對鈮酸鋰 調(diào)制器芯片和器件，2020 年的發(fā)展目標是“該型產(chǎn)品市場占有率超過 510%，并不斷替 代進口，擴大市場占有率”，2022 年的發(fā)展目標是“實現(xiàn)該型產(chǎn)品市場占有率超 30%”。國內(nèi)下游需求角度：國內(nèi)下游通信領域客戶從穩(wěn)定供應鏈的層面出發(fā)，希望減少對海外 廠商的依賴，對因而同樣對相關產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代需求較為迫切。1）從鈮酸鋰產(chǎn)品來 看，當前能夠批量供應電信級標準的鈮酸鋰調(diào)制器的廠家僅三家，國內(nèi)廠商光庫科技收 購 Lumentum 鈮酸鋰產(chǎn)線后，相關客戶需要重新認證，由于通信領域客戶的產(chǎn)品認證需 要一定時間，因而當前其鈮